セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法
【課題】インクの滞留、インク漏れ、あるいは、電極にかかる短絡、マイグレーション等の問題発生につながる要素を徹底的に排除したインクジェットプリントヘッドに好適に用いられる圧電／電歪アクチュエータを提供すること。
【解決手段】２つの側壁６と、その２つの側壁６を接続する天井壁７及び底壁２と、を含む壁部により形成された１又は複数のセル３を具備し、少なくとも２つの側壁６が圧電／電歪作動部４で構成され、その圧電／電歪作動部４の変位によってセル３の容積が変化するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータである。このセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、天井壁７に２つの微小孔８が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜１７が形成されているところに特徴があり、このアクチュエータをインクジェットプリントヘッドに適用することにより課題が解決される。
【解決手段】２つの側壁６と、その２つの側壁６を接続する天井壁７及び底壁２と、を含む壁部により形成された１又は複数のセル３を具備し、少なくとも２つの側壁６が圧電／電歪作動部４で構成され、その圧電／電歪作動部４の変位によってセル３の容積が変化するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータである。このセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、天井壁７に２つの微小孔８が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜１７が形成されているところに特徴があり、このアクチュエータをインクジェットプリントヘッドに適用することにより課題が解決される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁部によって形成されたセルを有し、その壁部の少なくとも一部を構成する圧電／電歪作動部の発生変位によってそのセルの容積変化を生じさせ、所定のはたらきを実現するセル駆動型の圧電／電歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、コピー機、その他の印刷機器に、インクジェットプリントヘッドが採用されるようになって久しい。近時は、特に小型のプリンタの殆どにノンインパクト方式が採用され、高性能なインクジェットプリントヘッドによって銀塩写真の如く鮮明な画像が紙の上に再現されるようになってきている。
【０００３】
ノンインパクト方式の印刷機器とは、インクをノズルから吐出して印字媒体（主に紙）に印刷する機器であり、インクを吐出するインクジェットプリントヘッドの形式によって、主に圧電方式とサーマル（バブルジェット（登録商標）等）方式とが知られている。このうち圧電方式とは、インクジェットプリントヘッドとして圧電／電歪アクチュエータが用いられる印刷機器であり、インクジェットプリントヘッドは、主に、ノズルと、インク供給路に連通するインク室と、そのインク室に容積変化を生じさせる圧電／電歪素子と、から構成される。圧電方式の印刷機器は、インクジェットプリントヘッドが圧電／電歪素子に駆動電圧を印加してインク室に容積変化を発生させインクをノズルから吐出させることにより、印字、印刷を行う。圧電方式のインクジェットプリントヘッドは、サーマル方式がインクを加熱するに比してそれを行わないため、インク選択の自由度が高く、制御性が優れる、という長所を有する。
【０００４】
例えば、特許文献１にインクジェット（記録）ヘッドの開示がなされている。特許文献１の図１に示されるように、提案されたインクジェットプリントヘッドは、圧電／電歪体基体（プレート）に、保護膜で被覆された電極をその内面に有し上側が蓋（トッププレート）で覆われた溝を形成し、その溝を、１本おきに、インクを充填したインク室（インクチャネル）とインクを充填しないダミー室（ダミーチャネル）とし、インク室に連通するノズルを有するノズル板（ノズルプレート）を備え、インク室を構成する両側の圧電／電歪体側壁（電極が形成された圧電／電歪素子）に変位を発生させ変形させて、インクをノズルから吐出させるインクジェットプリントヘッドである。このインクジェットプリントヘッドは、蓋はダミー室の上にノズル板まで貫通するスリットを有し、且つダミー室の深さがインク室の深さより大きく、インク室を構成する圧電／電歪体側壁の変形によってダミー室の底部のすべり変形が発生しない深さであるため、クロストークが低減され、安定したインク滴の吐出動作を実現したものである。
【特許文献１】特許第３２１７００６号公報
【特許文献２】特許第３４１２０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のインクジェットプリントヘッドには改善すべき点があると考えられた。インクジェットプリントヘッドにおいて、インクとして導電性液体を採用する場合には、電極を絶縁するために保護膜の形成が不可欠であり、駆動極性によっては、インクが導電性を有するか否かに関わらず、インクの電気分解防止のために保護膜の形成が必要となる。特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドでは、その保護膜を形成した後に、ポリイミド等からなるトッププレートを接着剤で接合したものであるため、長期の稼動で側壁の変形が繰り返されることにより、側壁とトッププレートとの間の接合信頼性が低下するおそれがある。又、インクによる接着剤の腐食や接着剤からの脱ガスによりインク室内に気泡が滞留し吐出不良を招くおそれもある。
【０００６】
一方、側壁とトッププレートとの間に隙間が生じるとインクが滞留し印字品質の低下を招来し、極端な場合にはインク漏れに至るおそれがある。又、保護膜の機能が低下すると、短絡、マイグレーション等の問題が発生するおそれがある。インクジェットプリントヘッドには長期信頼性が求められており、このような問題発生につながる要素は徹底的に排除しておくことが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の抱える課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インクの滞留、インク漏れ、あるいは、電極にかかる短絡、マイグレーション等の問題発生につながる要素を徹底的に排除したインクジェットプリントヘッドに好適に用いられるアクチュエータを提供することである。検討が重ねられた結果、以下に示すアクチュエータをインクジェットプリントヘッドとして適用することにより、上記目的が達成されることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化するアクチュエータであって、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータが提供される（第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータともいう）。
【０００９】
本明細書において、セルとは、壁部に備わる微小孔を除き密閉された小空間を意味する。又、セル内面とは、空間であるセルを形成する壁部の面であって、セルに接している面を指し、セル外面とは、空間であるセルを形成する壁部の面であって、セルに接していない面を指す（ダミーセルに接している場合がある）。
【００１０】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいて、微小孔は、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上設けられていればよく、限定されるものではないが、天井壁又は底壁の何れかに１つ乃至２つの微小孔が備わることが好ましく、その大きさは、径として好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは２０乃至１５０μｍである。微小孔は円形であれば好ましいが、限定されるものではない。本明細書において、微小孔の径は、円形の場合には直径、円形ではない場合には内接円の直径を指す。
【００１１】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜、電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一の単層膜又は二以上の多層膜で構成されることが好ましい。
【００１２】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜と電極膜とを含む多層膜で構成され、壁部の表面から、少なくともバリア膜、電極膜の順に成膜されていることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、少なくとも電極膜を含み、更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一以上の膜を含む、二以上の多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくとも電極膜、絶縁膜の順、少なくとも電極膜、保護膜の順、少なくとも電極膜、防湿膜の順、の何れかによって成膜されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、１層以上のシームレスな薄膜が電極膜を含む場合において、その電極膜が金属又は酸化物で形成されることが好ましい。
【００１５】
又、１層以上のシームレスな薄膜がバリア膜を含む場合において、そのバリア膜が酸化物又は窒化物で形成されることが好ましい。
【００１６】
更に、１層以上のシームレスな薄膜が絶縁膜、保護膜、及び防湿膜を含む場合において、それら絶縁膜、保護膜、及び防湿膜が、酸化物、窒化物、又は炭化物で形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、２つの側壁、天井壁及び底壁を含む壁部が、焼成一体化されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、変位を発現する圧電／電歪作動部は圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とで構成されるので圧電／電歪素子とも表現出来るが、本明細書では、セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部とよぶ。
【００１９】
その圧電／電歪作動部の態様は限定されるものではないが、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の高さ方向に交互に積層をされた層状の圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの縦効果により前記変位を発生することが好ましい。
【００２０】
この態様の場合に、層状の圧電／電歪体の数は限定されず、１乃至複数であってよい。圧電／電歪作動部の最小構成は、１層の圧電／電歪体を挟んで一対の駆動電極が形成される態様であるが、変位効率を向上させるためには、圧電／電歪体は、より薄く、多層であることが好ましい。層状の圧電／電歪体、と表現されるが、板状の圧電／電歪体、と対比させて表したものであり、層状及び板状の語が圧電／電歪体の厚さを限定するわけではない。又、側壁の高さ方向、と表現されるが、側壁の幅方向、と対比させ相対的な方向として表したものであり、高さ及び幅の語が絶対的な方向を示すわけではない。即ち、必ずしも重力方向の反対方向が高さ方向ではない。
【００２１】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の幅方向に交互に積層をされた板状の前記圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの横効果により前記変位を発生することが好ましい。駆動電極が側壁の幅方向に圧電／電歪体と積層をされてその側壁を構成するから、積層の最外層に現れた駆動電極がセル内面（及びセル外面）にあたる場合があり、このときには、少なくともセル内面において駆動電極は上記したシームレスな電極膜として形成される。
【００２２】
又、この態様の場合には、１つの壁部あたりの板状の圧電／電歪体の数は限定されず、１又は複数であってよい。圧電／電歪作動部の最小構成は、１枚の圧電／電歪体を挟んで、その両側面に一対の駆動電極が形成される態様である。圧電／電歪体が複数備わる場合には側壁の幅方向に積層され、複数の圧電／電歪体の間の面にも電極が形成される。既に述べたように、板状の圧電／電歪体と表現されるが、圧電／電歪体の厚さを限定するわけではない。限定されるものではないが、板状の圧電／電歪体は複数備わることが好ましい。変位効率が向上するからである。板状の圧電／電歪体が複数備わる場合には、駆動電極は圧電／電歪体の側面に形成され、圧電／電歪体と圧電／電歪体との間の面にも形成されるので、圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とが、側壁の幅方向に交互に積層をされる態様となる。
【００２３】
尚、電界誘起歪みの縦効果とは、分極方向に電界を加えたときに同じ方向に伸縮するような圧電／電歪作動部（圧電／電歪体）の変形をいい、電界誘起歪みの横効果とは、分極方向に電界を加えたときに垂直方向に伸縮するような圧電／電歪作動部（圧電／電歪体）の変形をいう。
【００２４】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成されればよく、セルを形成する残りの壁部である天井壁及び底壁は変位を生じないものであってもよいが、天井壁及び底壁の何れか又は両方が圧電／電歪作動部で構成される態様であってもよい。
【００２５】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、圧電／電歪と称しているが、電界によって誘起される歪みを利用するアクチュエータであって、狭義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生する圧電効果又は印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発生する電歪効果を利用するアクチュエータに限定されるものではなく、強誘電体材料全般にみられる分極反転、反強誘電体材料にみられる反強誘電相−強誘電相転移、等の現象を利用するアクチュエータも含まれる。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいて、より好ましいものは材料強度面に優れるセラミックアクチュエータである。又、分極にかかる処理が行われるか否かについては、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータを構成する圧電／電歪作動部の圧電／電歪体に用いられる圧電／電歪材料の性質に基づいて適宜決定される。
【００２６】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、壁部によって形成されるセルの形状は限定されるものではなく、側壁、天井壁、底壁を平面ではなく曲面で構成し、種々のセル形状としてもよい。より好ましいセルの形状は、長手方向の断面において高さに比して幅の狭い角筒形を表す形状、即ちスリット状である。即ち、スリット状のセルとは、それを形成する壁部の構成要素のうち、相対的に２つの側壁が長く天井壁及び底壁が短いことを表す。より具体的には、１つのセルを形成する２つの側壁間の最短距離（セル幅という）に対する底壁と天井壁との最短距離（セル高という）の比（セルのアスペクト比という）が、概ね２〜１００であるセルが好ましい。又、セル幅は概ね６０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、セルのアスペクト比が概ね１０〜５０、セル幅が５０μｍ以下である。
【００２７】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、側壁（圧電／電歪作動部）の厚さに対する側壁の高さ（セル高に等しい）の比（側壁（圧電／電歪作動部）のアスペクト比という）が、概ね２〜１００であることが好ましい。より好ましくは、側壁のアスペクト比が概ね１０〜５０である。これらの条件のうち少なくとも何れか１つの条件に適うアクチュエータであれば、更に好ましくは全ての条件が適うアクチュエータであれば、より高出力化を図ることが容易であるとともに、高密度化が図れ、よりコンパクトなアクチュエータを実現することが可能である。
【００２８】
本明細書において、壁部がそれぞれ、側、天井、底、の語で修飾され表現されるが、絶対的な、方向乃至位置関係を示すものではない。即ち、例えば必ずしも重力方向に位置する壁部が底壁であるわけではない。又、本明細書において、側壁が圧電／電歪作動部で構成され、と表現されるが、側壁の一部が圧電／電歪作動部で構成される場合を含む。より好ましくは、側壁全体が圧電／電歪作動部を構成する態様である。
【００２９】
上記したセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは何れも液体吐出装置に適用することが出来る。本発明によれば、上記した何れかのセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置が提供される。
【００３０】
このセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置は、セルが液体加圧室を構成し、圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化して、セルに充填された、粒子が含まれる液体を、吐出させ得る液体吐出装置であって、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜のうち、セル内面に対面する最外層の表面電位が、液体に含まれる粒子の表面電位と同じ極性であることが好ましい。
【００３１】
例えば、液体吐出装置のうちインクジェットプリンタでは、近年、印刷物の長寿命化を図るために顔料系インクが用いられることが多い。そして、この顔料系インクは、着色するための顔料粒子を含んだ液体となっている。液体中に含まれる顔料粒子の表面電位とセル内壁面の表面電位とを同じ極性とすることにより、互いに反発させ、顔料粒子が壁部に化学吸着するのを抑制し、安定した吐出性能を維持することが可能になる。又、液体吐出装置のうちイオン化溶液等を吐出するデバイスにおいても、同様の原理で化学吸着を低減出来、装置の洗浄性を飛躍的に向上させることが出来る。バイオ・医療分野で適用される微量液体吐出装置では、様々な液体を扱う必要があり、装置の洗浄性の良し悪しは重要な課題である。尚、表面電位はゼータ電位を測定することで把握出来、液体の物性を予め把握しておくことで、吐出性能を最適化した装置設計が可能である。
【００３２】
次に、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成し且つ圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設け、セルを形成した後に、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が提供される（セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法、又は単に第１の製造方法ともいう）。この方法では、最終的に２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成するために、圧電／電歪体を含んで構成した２つの側壁に駆動電極を形成するタイミングは限定されない。２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものであるか、又は、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものであるかにより、駆動電極を形成するに好ましいタイミングが異なる場合があるので、適切なタイミングで行えばよい。
【００３３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、成膜材料が、気体であることが好ましい。そして、この場合には、成膜手段が、ＣＶＤ法、蒸着重合法のうちの何れかであることが好ましい。
【００３４】
又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、成膜材料が、液体であることも好ましい。この場合には、成膜手段が、メッキ法であることが好ましい。
【００３５】
更に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、セルを形成する際に、壁部のセル内面に電極を露出させ、成膜手段として電気泳動法を用いて、微小孔を通じてセルの中へ液体の成膜材料の導入を行い少なくとも電極へ堆積させた後に、成膜材料の軟化点温度以上の温度で熱処理を行う工程を有することが好ましい。
【００３６】
この場合には、熱処理が２回以上行われることが好ましい。尚、１回の熱処理とは、成膜材料を流動化させ得る処理をいい、熱処理の区切りは、冷却を行うことにより示される。又、電極は、駆動電極が該当するが、他の成膜手段により先にセル内面に形成された電極膜であってもよい。
【００３７】
又、この場合（成膜手段として電気泳動法を用い熱処理を行う工程を有する場合）には、成膜材料が２種以上であり、上記した熱処理によってその２種以上の成膜材料を混合して複合材料を得て、その複合材料によりシームレスな薄膜を形成することが好ましい。
【００３８】
例えば、成膜材料として無機材料を用いる場合に、２種以上の複数の材料を用いて複合化することにより、薄膜と壁部（基材）との熱膨張率を整合させることが可能である。より具体的には、壁部の材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合に、ＰＺＴの熱膨張率は３×１０-6／Ｋであり、その熱膨張率に合わせた成膜材料としてガラス粉末を選択するのは困難である。成膜材料を流動化させる熱処理の温度は、拡散防止の観点から、より低いことが望ましく、具体的には５００〜６００℃であることが求められる。このような低い温度で熱処理が可能であり（ガラス転移点が低く）、且つ、低熱膨張率であるガラス粉末を作製することは難しい。通常の低ガラス転移温度材料の熱膨張率は５〜７×１０-6／Ｋ程度である。このため、ガラス粉末の中に、熱膨張率が非常に小さいシリカ（０．５×１０-6／Ｋ）を分散させた材料を作製することにより、壁部を構成するＰＺＴに合ったガラス絶縁膜を作製することが出来る。
【００３９】
又、成膜材料として有機材料を用いる場合に、例えばアクリル系樹脂とエポキシ系樹脂の複合化を行うことが出来る。絶縁性、耐食性に優れたエポキシ系樹脂と、壁部（基材）との密着性に優れたアクリル系樹脂のハイブリッド化により、優れた薄膜を成膜することが可能である。
【００４０】
更に、成膜手段として電気泳動法を用い熱処理を行う工程を有する場合には、シームレスな薄膜と壁部との間に、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成することが好ましい。例えば、壁部（基材）がジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のようなＰｂ成分を含む材料で構成される場合に、成膜材料としてシリコン（Ｓｉ）を含む材料を選択することで、熱処理時に、成膜材料の成分（Ｐｂ）と、壁部を構成する材料の成分（Ｓｉ）とを反応させて反応層を形成することが出来、これにより、薄膜と壁部との密着性を格段に強固にすることが出来る。
【００４１】
又、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成し且つ圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設け、セルを形成し、アクチュエータとして駆動可能とした後に、側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させ（側壁を伸縮させて）セルの容積を変化させながら、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が提供される（セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法、又は単に第２の製造方法ともいう）。この方法では、第１の製造方法と異なり、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する前にアクチュエータとして駆動可能にする必要があるから、少なくともセルを形成した時点で、２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成されていることを要する。即ち、セルを形成した時点で、２つの側壁が圧電／電歪体を含んで構成され且つ駆動電極が形成されている必要がある。但し、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものであるか、又は、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものであるか、は限定されず、何れでもよい。
【００４２】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法及び第２の製造方法において（両方を指して単に本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法ともいう）、微小孔の径が、２００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは２０乃至１５０μｍである。尚、微小孔は、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上備わればよく、限定されないが、天井壁又は底壁の何れかに１つ乃至２つの微小孔が備わることが、より好ましい。
【００４３】
又、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法では、少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成すればよく、天井壁及び底壁は圧電／電歪体を含んで構成してもよく、そうでない材料であってもよい。より好ましくは、少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成するために、セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁及び底壁を作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる。この方法では、天井壁は別途作製し後付けする。又、より好ましくは、セルを形成する壁部のうち２つの側壁、底壁、及び天井壁の全てを作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる。この方法では、セルを形成する壁部の全てが一体化する。
【００４４】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法において、製造対象であるアクチュエータが液体吐出装置に用いられる場合において、微小孔が液体を吐出するノズルを兼ねることが好ましい。液体吐出装置の一例がインクジェットプリントヘッドである。
【００４５】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法においては、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を形成する手段、工程は限定されず、何れかの方法で、セルの中へ成膜材料を導入する前に、形成しておけばよい。
【００４６】
次に、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化するアクチュエータであって、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上の微小孔が備わるとともに、２つの側壁のセル内面、及び、２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続部分のセル内面、を覆う１層以上の薄膜が形成されていることにより、２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続信頼性を向上させたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータが提供される（第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータともいう）。
【００４７】
尚、本明細書において、単に本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータというときは、この第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを指す。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、セルを形成する壁部のセル内面に、そのセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているものである。シームレスであるため薄膜が破壊され難く、微小孔を介して通じるセルの内と外とが、その微小孔部分を除いて完全に仕切られ隔離性が向上している。又、セル内面に流体の溜まりとなるような部分が形成され難い。更には、セル内面、即ち空間であるセルを形成する壁部の面であってセル（空間）に接している面、に薄膜が形成されているため、従来技術の如く壁部の構成要素の間（例えば側壁と天井壁（又は底壁）の間）に接着部を介在させずに、それらを、直接、接合させることが出来る。従って、壁部の構成要素がたとえ接着剤で接合されている場合でも、長期の稼動により繰り返される側壁の変形に対して、壁部の構成要素間の接合信頼性を高く保つことが出来る。加えて、薄膜自体の破壊のおそれ、乃び、少なくとも本来有していた膜の機能を低下させるおそれ、が小さい。
【００４９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの好ましい態様は、壁部が焼成一体化されたものである。この態様では、壁部の構成要素間の接合に接着剤を用いないため、セルを形成する壁部自体の機械的強度が増すとともに、接着剤に起因して生じる壁部の構成要素間の接合信頼性の低下を完全に排除出来る。又、薄膜が接する壁部に界面が現れないため、壁部と薄膜との密着性が向上するとともに、長期間の使用におけるシームレスな薄膜に対する影響（化学的な変化、物理的な応力）がより小さくなり、薄膜の劣化が抑制される。
【００５０】
従って、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータをインクジェットプリントヘッドとして適用した場合に、セルの中でインクが滞留し難く、インク漏れに至るおそれは殆どなくなる。印字品質の低下やその他のトラブルが起き難くなり、短絡、マイグレーション等の問題が抑制される。即ち、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いたインクジェットプリントヘッドは、優れた長期信頼性を備えたものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００５２】
先ず、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて説明する。図１（ａ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１を切断線１００で切断したときの断面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、図中において上面に、１つのセル３毎に、ノズルとして利用可能な２つの微小孔８を有しており、圧電／電歪方式の印刷機器のインクジェットプリントヘッドや各種の液体吐出装置に利用可能なものである。
【００５３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、２つの側壁６と、その２つの側壁６を接続する天井壁７及び底壁２と、を含む壁部を有し、その壁部により形成された概ねスリット状の直方体形をなすセル３を複数備えている。２つの微小孔８は、セル３の中と外とを通じ、天井壁７に開いている。個々のセル３毎に、２つの側壁６は圧電／電歪作動部４として構成され、その圧電／電歪作動部４の変位によって、セル３の容積が変化する。複数のセル３の間の空間は、ダミーセル１５として構成され、一のセル３と他のセル３とは完全に独立している。
【００５４】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、セルのアスペクト比は１つのセル毎に決まり、側壁のアスペクト比は１つの側壁毎に決まる。図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１において、側壁６（圧電／電歪作動部４）のアスペクト比は、その厚さＴと高さ（セルの深さＤに相当）で表され（＝Ｄ／Ｔ）、概ね１５程度である。セルの幅Ｗとセルの深さＤ（側壁の高さに相当）で示されるセルのアスペクト比（＝Ｄ／Ｗ）は５程度である。
【００５５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１には、図１（ｂ）に示されるように、壁部のセル内面（セル３を形成する壁部の面のうち空間であるセル３に接している面）に、そのセル内面を全てを覆うシームレスな薄膜１７が形成されている。そして、壁部は、２つの側壁６、天井壁７、及び底壁２を含む全ての構成要素が焼成一体化されて出来たものであり、壁部には接着剤による接合部分が存在せず、壁部もシームレスであるということが出来る。即ち、空間であるセル３は、微小孔８部分を除いては、薄膜１７により囲われ、更にその外側で壁部に囲われるという二重のシームレスな仕切手段で形成されている。セル３の中からみれば連続した薄膜１７の面しか存在せず、流体の溜まりになり得る部分がみられない。又、薄膜が破壊されるおそれが殆どない。
【００５６】
尚、焼成一体化された壁部は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの必須要件ではないが、より好ましい態様である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、インクジェットプリントヘッドとして適用される場合には、セル３がインク室（液体加圧室）になり、圧電／電歪作動部４（側壁６）が（図１（ｂ）中における上下方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させ、セル３に充填されたインク（液体）を吐出させることが出来る。
【００５７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１では、微小孔８が天井壁７に開いているが、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、微小孔は壁部のうち圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く部分であれば限定されるものはない。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１と同様にセルがスリット状の直方体形をなす場合には、壁部の構成要素として短手方向の側壁が存在することになるが、その短手方向の側壁に微小孔を設けてもよく、あるいは、底壁であってもよい。
【００５８】
図１６は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１の１つのセル３及びそれを形成する壁部のみを示しセル３を透視して表した斜視図である。図示されるように、スリット状の直方体形をなすセル３を形成する壁部は、長手方向の側壁である２つの側壁６、天井壁７、底壁２の他に、短手方向の側壁である２つの側壁５によって形成されており、微小孔８は天井壁７に開いている。一方、図１７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、スリット状の直方体形をなすセル３を形成する壁部は、同様に、長手方向の側壁である２つの側壁６、天井壁７、底壁２の他に、短手方向の側壁である２つの側壁５によって形成されているが、微小孔８は短手方向の側壁５に開いている。
【００５９】
ところで、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、２つの側壁、天井壁、底壁を含む壁部によりセルを形成したものであり、そのセルは微小孔を除いて密閉された空間であるが、セルは上記したような直方体形に限定されるわけではない。図１８は、１つのセル及びそれを形成する壁部のみを表した斜視図であり、セルが直方体形ではない場合の実施形態を示す図である。セルが図示されるような船形をしている場合においても、セルが微小孔を除き密閉された空間であるためには、図１７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおける短手方向の側壁５のように平面の壁ではないがそれに相当する壁部構成要素５５が存在する。そして、この部分の態様はセルによって変わり得るため、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、その形態は、微小孔を除いて密閉された空間であるセルを具備すること、及び、そのセルが２つの側壁とその２つの側壁を接続する天井壁及び底壁とを含む壁部により形成されること、により特定される。尚、本明細書において、単に側壁というときには圧電／電歪作動部で構成される長手方向の側壁を指す。
【００６０】
図１（ｂ）では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１の圧電／電歪作動部４の具体的態様は示されていない。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、圧電／電歪作動部が変位を生じる圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とからなるものであるが、その具体的な態様を限定せず、圧電／電歪作動部には種々の態様があり得る。例えば、圧電／電歪体の積層態様、あるいは変位を生じる圧電／電歪作動部として機能させるべく圧電／電歪体に電界をかけるための駆動電極の形成態様、等によって分類することが出来る。又、１層以上のシームレスな薄膜も、その圧電／電歪作動部の態様によって、あるいは、セルの中に充填され薄膜と接する流体の性状によって、例えば電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜等のうちの一の単層膜乃至二以上の多層膜で構成される種々の態様になり得る。
【００６１】
以下、圧電／電歪作動部及び薄膜の具体的態様を表したセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて、図２〜図７を参酌しながら説明を続ける。図２〜図７では、１つのセル及びそれを形成する壁部のみが示されるが、これらはそれぞれセルが複数備わるものであって、図２〜図７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの、微小孔やダミーセル等を含むアクチュエータとしての全体構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に準じる。
【００６２】
図２、図３、図４、図５に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０，１４０，１２０は、側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の高さ方向に交互に積層をされた、層状の圧電／電歪体と一対の駆動電極とを有する態様をなし、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものである。他方、図６、図７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０は、側壁を構成する圧電／電歪作動部が、板状の圧電／電歪体とその圧電／電歪体の側面に形成された一対の駆動電極とを有する態様であり、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものである。
【００６３】
図２は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部３４で構成され、その圧電／電歪作動部３４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００６４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、駆動電極２８，２９が層状を呈し、それらの端部は、両方とも圧電／電歪体１１４の積層断面に露出している。又、それぞれ複数の駆動電極２８，２９を、それぞれ接続する配線は、側壁６の表面に外部電極として形成されておらず、（図示しないが）圧電／電歪体１１４自体の中に設けられている。具体的には、圧電／電歪作動部３４に変位を生じさせるための外部から駆動電極２８，２９のそれぞれに電源を供給する配線は、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００６５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、駆動電極２８，２９の端部が圧電／電歪体１１４の積層断面に露出しているため、セル３に導電性液体が充填されると短絡してしまうので、側壁６のセル内面及びセル外面に、薄膜として、絶縁膜１１７が形成されている。薄膜は、セル３に充填される液体の性状等によっては、絶縁膜の代わりに保護膜、防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００６６】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０において、層状の圧電／電歪体１１４は、例えば駆動電極２８から駆動電極２９へ向けた方向（図２中において上下方向（縦方向））に分極されている（挟まれる駆動電極により各圧電／電歪体１１４毎に分極方向は異なる）。そして、図示されない配線を介して、駆動電極２８側を正、駆動電極２９側を負にして駆動電極２８，２９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。換言すれば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、分極が互いに反対方向の圧電／電歪体１１４が駆動電極２８，２９を挟んで積層され、各々の圧電／電歪体１１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電／電歪体１１４に電界誘起歪みが発現し、その電界誘起歪みの縦効果による変位に基づき、圧電／電歪作動部３４は、駆動電極２８，２９で挟まれる圧電／電歪体１１４が図２中において概ね上下方向に（側壁６の高さ方向と同じ方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させる。
【００６７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、圧電／電歪体１１４の変位が電界誘起歪みを直接利用するものであるので、その変位の発生力が大きく応答速度も速い。個々の圧電／電歪体１１４が発現する変位量は大きなものではないが、積層数に比例した変位量となるので、積層数を増やすことによって大変位を得ることが可能である。又、圧電／電歪体１１４の１層当たりの厚さを、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０乃至８０μｍとすることによって、より低電圧で駆動出来るようにすることも可能である。
【００６８】
図３は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部４４で構成され、その圧電／電歪作動部４４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００６９】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と同様に、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線は、圧電／電歪体１１４自体の中に設けられ、例えば、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００７０】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、側壁６に備わる圧電／電歪作動部４４の駆動電極２８，２９の両方の端部が、圧電／電歪体１１４内に埋設されているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と異なる。側壁６は焼成一体化されたものであり且つその表面に駆動電極が露出していないため、通常、セル３に導電性液体が充填した場合でも駆動電極の短絡等の問題が生じない。従って、例えばインクジェットプリントヘッドとして利用する場合に、セルに充填されるインク材料を制限することがない。又、必ずしも側壁６に絶縁等の目的で薄膜を形成する必要はないが、アクチュエータの長期にわたる信頼性を保持するためセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０ではセル内面及びセル外面に保護膜１７７が形成されている。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００７１】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０に準じる。
【００７２】
図４は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部６４で構成され、その圧電／電歪作動部６４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。天井壁７には微小孔８が備わる。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００７３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０では、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線が外部電極として側壁６に形成されている。その外部電極は、側壁６のセル内面に形成された共通電極（配線）としての電極膜１８、及び、側壁６のセル外面に形成された個別電極（配線）としての電極膜１９である。セル内面に形成された電極膜１８はセル内面を全て覆うシームレスな膜である。層状を呈する駆動電極２８，２９は、それぞれの端部が、それぞれ一方において圧電／電歪体１１４内に埋設され、他方において圧電／電歪体１１４から露出し、駆動電極２８は電極膜１８と接続され、駆動電極２９は電極膜１９と接続される。
【００７４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０では、側壁６のセル内面及びセル外面には、電極膜１８，１９の上に、保護膜１７７が形成されている。セル内面側の保護膜１７７は、（電極膜１８の上から）セル内面を全て覆うシームレスな保護膜として形成され、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０において、電極膜１８とともに、本発明にいうセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜を構成する。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００７５】
尚、図示しないが、側壁６には電極膜１８，１９より先に（下面に）導電性のバリア膜が形成されてもよい。勿論、そのバリア膜のうち、少なくともセル内面に形成されるバリア膜は、セル内面を全て覆うシームレスなバリア膜として形成されていることが好ましい。そうすると、例えば、電極膜１８，１９を形成した後に、その上に更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜の何れか一の単層膜又は二以上の多層膜を形成した場合に、加熱により電極膜の成分が圧電／電歪体の中へ拡散したり逆に圧電／電歪体の成分が電極膜へ拡散することがなく、圧電／電歪特性の低下が生じ難くなる。
【００７６】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０に準じる。
【００７７】
図５は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部５４で構成され、その圧電／電歪作動部５４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において１４層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１５層（１４対）積層されている。
【００７８】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０と同様に、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線は、圧電／電歪体１１４自体の中に設けられ、例えば、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００７９】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、側壁６に備わる圧電／電歪作動部５４の駆動電極２８，２９の端部のうちセル内面側の端部のみが、圧電／電歪体１１４内に埋設されているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と異なる。側壁６は焼成一体化されたものであり且つその表面に駆動電極が露出していないため、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０と同様に、通常、セル３に導電性液体が充填した場合でも駆動電極の短絡等の問題が生じない。従って、例えばインクジェットプリントヘッドとして利用する場合に、セルに充填されるインク材料を制限することがない。又、必ずしも側壁６に絶縁等の目的で薄膜を形成する必要はないが、アクチュエータの長期にわたる信頼性を保持するためセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０ではセル内面及びセル外面に保護膜１７７が形成されている。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００８０】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０等に準じる。
【００８１】
図６は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部４で構成され、その圧電／電歪作動部４は、側壁６の幅方向（図６中において横方向）に交互に積層をされた板状の圧電／電歪体１４及び一対の駆動電極２８，２９を有し、電界誘起歪みの横効果により圧電／電歪体１４が変位を発生し、セル３の容積を変化させる。
【００８２】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、一対の駆動電極２８，２９が側壁６のセル内面及びセル外面に形成されている態様になり、セル内面に形成された駆動電極２８がセル内面を全て覆うシームレスな電極膜として形成されている。側壁６のセル内面及びセル外面には、駆動電極２８，２９の上に、保護膜１７７が形成されている。セル内面側の保護膜１７７は、（駆動電極２８（電極膜）の上から）セル内面を全て覆うシームレスな保護膜として形成され、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０において、駆動電極２８とともに、本発明にいうセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜を構成する。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００８３】
尚、図示しないが、側壁６には駆動電極２８，２９より先に（下面に）バリア膜が形成されてもよい。勿論、そのバリア膜のうち、少なくともセル内面に形成されるバリア膜は、セル内面を全て覆うシームレスなバリア膜として形成されることが好ましい。そうすると、例えば、駆動電極２８，２９を形成した後に、例えば、その上に更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜の何れか一の単層膜又は二以上の多層膜が形成される場合に、圧電／電歪体１４及び駆動電極２８，２９が加熱されて電極膜の成分が圧電／電歪体の中へ拡散したり逆に圧電／電歪体の成分が電極膜へ拡散し得るが、そのような現象を排除出来、圧電／電歪特性の低下を防止することが可能である。
【００８４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０において、板状の圧電／電歪体１４は、例えば駆動電極２８から駆動電極２９へ向けた方向（図６中において左右方向（横方向））に分極されている。そして、駆動電極２８側を正、駆動電極２９側を負にして駆動電極２８，２９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電／電歪体１４に電界誘起歪みが発現し、その電界誘起歪みの横効果による変位に基づき、圧電／電歪作動部４は、駆動電極２８，２９で挟まれる圧電／電歪体１４が図６中において概ね上下方向に（側壁６の高さ方向と同じ方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させる。
【００８５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、圧電／電歪体１１４の変位が電界誘起歪みを直接利用するものであるので、その変位の発生力が大きく応答速度も速い。
【００８６】
図７は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０は、２つの側壁６を構成する板状の圧電／電歪体１４が２層であり、その２層の圧電／電歪体１４は、それぞれ駆動電極２８，２９に挟まれて側壁６の幅方向（図７において横方向）に積層をされ圧電／電歪作動部２４を形成しているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０と異なるが、側壁６のセル内面及びセル外面において駆動電極２８，２９の上に、薄膜として保護膜１７７が形成されているところその他についてはセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０と共通する。
【００８７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０では、側壁６の厚さ（幅）が同じセル駆動型圧電／電歪アクチュエータと比較すると、１層あたりの圧電／電歪体１４をより薄くすることが出来、一定の駆動電圧あたりに、より大きな変位量、より高い発生力を発現することが出来る。尚、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、板状の圧電／電歪体を２層以上にすることも好ましく、圧電／電歪体の積層数を増やすことによって側壁の強度、剛性が向上し、より高速応答可能なアクチュエータとすることが出来る。圧電／電歪体の１層当たりの厚さは、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０乃至３０μｍとする。こうすると、よりアクチュエータの低駆動電圧化、高強度化、高集積化が可能である。又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０は、図７に示される如く合板状の側壁６を有するものになるので、機械強度が向上し、耐久性が高められる。更に、セル内の露出する駆動電極２９を共通電極とする場合、板状の圧電／電歪体の層数を偶数とすることで、セル内外に露出する電極をどちらも共通電極とすることが出来、個別電極である駆動電極２８が露出しないことになるので、短絡等の電気的不具合を回避出来、アクチュエータの信頼性が向上し得る。
【００８８】
以上、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて説明したが、次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法について説明する。
【００８９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が対象とするものは、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータであり、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータに相当するものである。
【００９０】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法は、シームレスな薄膜を形成する工程に特徴があり、以下のようにその工程は行われる。先ず、２つの側壁、天井壁、及び底壁を含む壁部によりセルを形成する。このとき、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体で構成し、且つ、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設ける。次いで、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に薄膜を形成する。セルの中と外とを通じる微小孔が存在するものの、先に微小孔を除き密閉された空間であるセルを形成し、その後に、そのセルの中へ成膜材料の導入をするので、形成される薄膜は、セル内面の全てを覆うシームレスな膜となる。
【００９１】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法において、壁部によりセルを形成する手段は限定されない。好ましい方法としてはセラミックグリーンシート積層法を挙げることが出来る。そして、壁部を構成する側壁、天井壁、及び底壁を焼成一体化させる工程を採用することが好ましい。
【００９２】
以下、最初に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法のうちセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法について、その一例を掲げ具体的に説明する。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法の概略工程の一例を示す説明図である。作製対象は、図２に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０である。既に記したようにセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、微小孔やダミーセル等を含むアクチュエータとしての全体構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に準じた複数のセルを具備する構成であり、液体をセルから吐出するためのノズル乃至液体をセルへ入れるための導入孔として天井壁に備わる微小孔を利用し、インクジェットプリントヘッド等の液体吐出装置に適用可能なものである。
【００９３】
先ず、圧電／電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシートは、従来知られた方法により作製出来る。例えば、圧電／電歪材料粉末を用意し、これにバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法等のグリーンシート成形法によって、セラミックグリーンシートを形成することが可能である。尚、本明細書において、セラミックグリーンシートを、単にグリーンシートとも記す。
【００９４】
得られたセラミックグリーンシートに対し、例えばパンチとダイによる打抜加工により、図１０（ａ）に示されるような、グリーンシート６０２，６１５，６１９を得る。グリーンシート６０２，６１９は各１枚でよく、グリーンシート６１５は複数枚用意する。グリーンシート６１５は、のちに側壁（圧電／電歪作動部）のうちの圧電／電歪体になるものであり、のちにセルを構成するスリット孔６０５と、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５と、のちに個別配線用のビアホールを構成する円孔６２８と、のちに共通配線用のビアホールを構成する円孔６２９とが形成されたグリーンシートである。グリーンシート６０２は、のちに底壁を構成するものであり、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５が形成されたグリーンシートである。グリーンシート６１９は、のちに天井壁を構成するものであり、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５と、のちにセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０の微小孔８（図１０（ｃ）参照）を構成する微円孔６０８とが形成されたグリーンシートである。尚、微円孔６０８は、その径が２００μｍ以下になるように加工される。又、各１枚作製するグリーンシート６０２とグリーンシート６１９については、圧電／電歪材料ではない別の材料を用いてもよい。
【００９５】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、複数枚のグリーンシート６１５の円孔６２８，６２９を導電性材料で埋めてビアホール１２８，１２９を形成するとともに、そのグリーンシート６１５の半々ずつに、ビアホール１２８に接続される導体膜（導電性材料を主成分とする膜）３１８、及びビアホール１２９に接続される導体膜３１９を形成して、それぞれ複数枚のグリーンシート６１４，６１６を得る。尚、導体膜は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ等の手段により所定のパターンで形成出来る。
【００９６】
グリーンシート６１４，６１６において、５つのスリット孔６０５はのちにセルを構成する孔であり、スリット孔６２５に対し相対的に大きく開けられる。６つのスリット孔６２５は、のちにセルとセルとの間の空間であるダミーセルを構成する孔であり、スリット孔６０５を挟むように配置される。スリット孔６０５とスリット孔６２５との間のグリーンシート実体部分が、のちに側壁を構成する。導体膜３１８は、その一部がのちに一の駆動電極になり、且つその一部が個別配線として用いられるものであり、導体膜３１９は、その一部がのちに他の駆動電極になり、且つその一部が共通配線として用いられるものである。導体膜３１８，３１９は、ともに、のちにセルを構成するスリット孔６０５を形成する面、及び、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５を形成する面に、それぞれ露出されるように設けられる。
【００９７】
次に、グリーンシート６０２を最下層、グリーンシート６１９を最上層として、それらの間に、セルを形成するために複数のグリーンシート６１４，６１６を交互に積層しつつ、グリーンシート６０２，６１４，６１６，６１９を圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得て、それを焼成一体化して焼成積層体を得る（図示しない）。この焼成積層体は、グリーンシート６１４，６１６のスリット孔６０５を連通させてなる５つのセルと、そのセルに通じる微小孔と、グリーンシート６０２，６１４，６１６，６１９のスリット孔６２５を連通させてなる６つのダミーセルと、を備えたものになっている。
【００９８】
次いで、焼成積層体に対して、所定の成膜手段を用いて、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料を導入し、セル内面の全ての面に保護膜を形成する。併せて、セル外面のうちダミーセルを形成する面にも保護膜を形成する。成膜手段は限定されない。尚、セル外面の保護膜のパターニングは、予めフォトレジストを塗布し露光することで行ってもよいし、セル外面の全ての面に成膜した後に不必要な部分を研削等の手法により切除してもよい。
【００９９】
そして、必要に応じて、外部配線接続、圧電／電歪体の分極処理等を行えば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０が得られる（図１０（ｃ））。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０において、ダミーセル１５と微小孔８は外観に現れるが、セルは内部に形成され露わになっていない。尚、得られたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は複数のセルを具備するアクチュエータであるが、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータはセルが１つでもよく、そのようなセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、上記製造工程に従って、複数のセルを具備するアクチュエータを得た後に、加工により分断するか、又は、上記製造工程において、グリーンシート６１５のスリット孔６０５（のちにセルを構成するもの）を１つにして、グリーンシート６０２，６１５，６１９のスリット孔６２５（のちにセルを構成するもの）を２つにすることにより、作製することが出来る。
【０１００】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、最も好ましい成膜手段はＣＶＤ（化学気相成長）法である。又、成膜材料が気体である場合には、ＣＶＤ法の他に蒸着重合法を好ましい手段として採用出来る。蒸着重合法とは、基板上に、両末端に官能性を有する複数のモノマーを気相で蒸着、反応させ、高分子の薄膜を形成する方法であり、化学構造のみならず条件設定により、分子鎖が高度に配向、配列した有機薄膜を作製出来る。例えば、ポリイミド、ポリ尿素などが成膜可能な方法である。更に、成膜材料が液体である場合には、メッキ法、電気泳動法を、好ましい手段として採用出来る。上記した成膜手段を組み合わせて薄膜を形成することも好ましい。このような成膜手段により、上記工程にかかる保護膜の形成の他に、電極膜、バリア膜、絶縁膜、防湿膜の形成も行うことが可能である。
【０１０１】
以下、成膜手段のうち、先ずＣＶＤ法について説明する。例えば、絶縁膜として酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）膜を、バリア膜としては窒化チタン（ＴｉＮ）膜を、電極膜としては銅（Ｃｕ）膜を、それぞれ形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１０２】
これは、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０，１４０（図７，６，４参照）のように、セル内面に、壁部（圧電／電歪体）の表面から好ましくはバリア膜、電極膜、絶縁膜の順に成膜されているアクチュエータを製造する際の成膜手段に該当する。
【０１０３】
図１１は、ＣＶＤ法に使用されるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）成膜装置の概略の構成図である。ＣＶＤ法は、成膜を施す上記焼成積層体をリアクタ２０４に格納し、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料を導入し、セル内面の全ての面に保護膜を形成する。併せて、セル外面にも保護膜を形成する。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００では、キャリアガスとしてアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）が使用され、反応ガスとして酸素（Ｏ2）、アンモニア（ＮＨ3）が使用される。各薄膜用の原料は、各々ステンレス製容器に封入され、温度制御された別々のオーブン２０１，２０２，２０３に蓄えられる。リアクタ２０４は、石英製の２重管構造となっており、インナー管２０５は横型の構成である。基板２０６はヒーター２０９により加熱され、排気はロータリーポンプ２０７とターボ分子ポンプ２０８により行われる。
【０１０４】
各薄膜用の原料である成膜材料は、具体的には、オーブン２０１にはＴａ系材料が、オーブン２０２にはＴｉ系材料が、オーブン２０３にはＣｕ系材料が、それぞれ蓄えられている。オーブン２０１，２０２，２０３とリアクタ２０４とは独立した配管で接続されており、各薄膜用の原料は、それぞれの配管を経由し、インレット２１１，２１２，２１３によりリアクタ２０４へ、それぞれ導入される。
【０１０５】
（絶縁膜の形成）Ｔａ系材料としては、ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、１１５℃に加熱されたオーブン２０１内に装着されたＴａ系材料は、アルゴンガスにより搬送され、インレット２１１からリアクタ２０４へ導入される。反応ガスとしては酸素が使用される。成膜温度は４００℃、成膜圧力は２００Ｐａ、成膜時間は２時間である。このとき絶縁膜の厚さは例えば２μｍである。
【０１０６】
（バリア膜の形成）Ｔｉ系材料としては、テトラキスジエチルアミドチタニウム（ＴＤＥＡＴ Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4）が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、オーブン２０２に装着されたＴｉ系材料は、マスフローコントローラー２１４と、１００℃に加熱した気化器２１５とにより、リアクタ２０４へ供給される。キャリアガスとしてＮ2を、反応ガスとしてＮＨ3が使用される。成膜温度は３５０℃、成膜圧力は１０Ｐａ、成膜時間は５分である。このとき絶縁膜の厚さは例えば５０ｎｍである。尚、バリア膜として、ＴｉＮ膜以外に、窒化タンタル（ＴａＮ）膜、窒化ニオブ（ＮｂＮ）膜等を採用することが出来る。
【０１０７】
（電極膜の形成）Ｃｕ系材料としては、銅ヘキサフルオロアセチルアセテートトリメチルビニルシラン（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、オーブン２０３に装着されたＣｕ系材料は、マスフローコントローラー２１４と気化器２１５とにより、リアクタ２０４へ供給される。キャリアガスとしてはＡｒが用いられる。成膜温度は２１０℃、成膜圧力は２００Ｐａ、成膜時間は２０分である。このとき絶縁膜の厚さは例えば２μｍである。
【０１０８】
次に、成膜手段の電気泳動法について説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の一例を説明するための図である。この方法は、電気泳動法によって電極（例えば駆動電極）に成膜材料を堆積させた後に、熱処理を施してその成膜材料を流動化させ、その電極を含む面全体に成膜する方法である。尚、電気泳動法により電極に成膜材料の堆積を行った後に熱処理によってその成膜材料を流動化させる先行技術として特許文献２が挙げられる。
【０１０９】
この方法は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０（図２参照）のように、セル内面において、壁部（圧電／電歪体）の表面から駆動電極が露出していて、それを覆うための絶縁膜が成膜されているアクチュエータを製造する際の焼成積層体に対して行う成膜手段として利用される。但し、電気泳動法では、電極に堆積させる成膜材料の量を一定以上確保する必要があることから、成膜の対象である焼成積層体は、セル内面において電極が占める割合が高いものであることが望ましい。図８（ａ）は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、電気泳動法により成膜される焼成積層体の断面図であるが、この焼成積層体１８１は、図示されるように、天井壁７及び底壁２のセル内面に、駆動電極２８（電極膜）が形成され、セル内面において電極が占める割合が高くなっているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０の如き態様とは異なるものである。尚、焼成積層体１８１では、複数の駆動電極２８はビアホールを介して導通しており、駆動電極２９も同様である。
【０１１０】
例えば、絶縁膜としてガラス膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。電気泳動法において、先ず、焼成積層体１８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液１８２に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電着電極１８４と参照電極１８５（プラチナ）と電源１８３とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図８（ｂ）参照）。そうすると、ガラス粉末１８６が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図８（ｃ）参照）。その後、ガラス粉末１８６が電着した焼成積層体１８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件（ガラス粉末の軟化点温度以上の温度）で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させて平らなガラス層を形成し、冷却して固体化させ、焼成積層体１８１にガラス絶縁膜１８７を形成する（図８（ｄ）参照）。得られるガラス絶縁膜１８７は、例えば２μｍ程度の厚さである。尚、図８（ｂ）において、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液１８２は、焼成積層体１８１の微小孔８を通じて、セル３の中へ導入される。
【０１１１】
ガラス粉末として、例えば、ビスマス−亜鉛−硼珪酸ガラス粉末が採用出来る。懸濁液を調製するに際しては、溶媒はイソプロピルアルコールを用いることが可能であり、溶質濃度は例えば１０質量％とし、分散剤をガラス粉末に対し２質量％添加するとよい。懸濁液は、ガラス粉末が均一に分散するように、マグネティックスターラーを用いて、よく攪拌することが好ましい。
【０１１２】
又、絶縁膜としてガラス以外の材料からなる膜を電気泳動法により形成することも可能である。ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の電着液を使用し、重合化のための熱処理を加えることにより。これら有機材料の被膜を形成することが出来る。
【０１１３】
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の他例を説明するための図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、成膜される焼成積層体の態様及び熱処理が２回行われるところが異なる。図１２（ａ）に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、電気泳動法により成膜される焼成積層体の断面図が示されるが、図８（ａ）の焼成積層体１８１とは異なり、図示される焼成積層体２８１は、天井壁７及び底壁２のセル内面に、駆動電極２８（電極膜）が形成されていない。
【０１１４】
上記した例と同様に、例えば、絶縁膜としてガラス膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。先ず、焼成積層体２８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液は焼成積層体２８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粉末１８６が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１２（ｂ）参照）。その後、ガラス粉末１８６が電着した焼成積層体２８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させる。このとき、例えば底壁２を重力方向に向けて配置し、一定時間放置すると、流動化したガラス粉末が移動して、底壁２のセル内面を含んで、平らなガラス層が形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体２８１の天井壁７のセル内面を除き、ガラス絶縁膜１８７が形成される（図１２（ｃ）参照）。そして、再び、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させる。このとき、今度は、天井壁７を重力方向に向けて配置し、一定時間放置すると、流動化したガラス粉末が移動して、天井壁７のセル内面を含んで、平らなガラス層が形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体２８１の全てのセル内面に、ガラス絶縁膜１８７が形成される（図１２（ｄ）参照）。尚、ガラス絶縁膜１８７は底壁２との間で反応層を形成するから、再び流動化させても、最初の熱処理及び冷却で底壁２のセル内面に形成されたガラス絶縁膜１８７が消失することはない。
【０１１５】
以上、電気泳動法による成膜工程を２例説明したが、その他に、上記２例と同様に、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液を焼成積層体の微小孔を通じてセルの中へ導入し、駆動電極が露出した部分及びその近傍に電着させた後に、焼成積層体を回転させ、生じた遠心力によって、流動化したガラス粉末を移動させ、全てのセル内面に平らなガラス層を形成することも可能である。そして、冷却して固体化させれば、焼成積層体の全てのセル内面に、ガラス絶縁膜を形成することが出来る。
【０１１６】
又、成膜手段として電気泳動法を用いる場合には、駆動電極が露出した部分に、電極の極性毎に、異なる成膜材料を堆積させた後に、熱処理によって、それら材料を混合し複合材料として、その複合材料でシームレスな薄膜を形成することが可能である。このような手段で薄膜を形成することにより、薄膜の熱膨張率を調整したり、各成膜材料の性質を併せ持った薄膜を形成することが出来、有用である。
【０１１７】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、異なる成膜材料を用い、それらの複合材料でシームレスな薄膜を形成する工程を示す説明図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、２種類の成膜材料を使用するところが異なる。例えば、絶縁膜としてシリカを分散させたガラス膜（複合膜）を形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１１８】
先ず、焼成積層体３８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液は焼成積層体３８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粉末２８５が電界に沿って移動し、駆動電極２８が露出した部分及びその近傍に電着する（図１４（ａ）参照）。
【０１１９】
次に、焼成積層体３８１を、シリカ粒子を混合した懸濁液に浸漬させ、駆動電極２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるシリカ粒子を含む懸濁液は焼成積層体３８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のシリカ粒子２８６が電界に沿って移動し、駆動電極２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１４（ａ）参照）。その後、ガラス粉末２８５及びシリカ粒子２８６が電着した焼成積層体３８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末２８５を流動化させ混合し複合材料にする。そして、その流動化している複合材料が移動して、平らな層として形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体３８１のセル内面に、複合膜２８７が形成される（図１４（ｂ）参照）。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）のＡ部分を拡大した図である。図示されるように、セル内面に形成された複合膜２８７は、ガラス膜２８８の中にシリカ２８９が分散した膜になっている。
【０１２０】
成膜手段として電気泳動法を用いる場合には、シームレスな薄膜と壁部（側壁、天井壁、底壁）との間に、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて、反応層を形成することが可能である。このような手段で反応層を形成することにより、薄膜と壁部との密着性を格段に強固にすることが出来、有用である。
【０１２１】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成する工程を示す説明図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、壁部を構成する材料の成分と反応して反応層を形成する成分を含むものを、成膜材料として選定するところに特徴がある。例えば、鉛（Ｐｂ）とシリコン（Ｓｉ）による反応層を形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１２２】
先ず、焼成積層体４８１の全ての壁部（側壁、天井壁、底壁を含む）を、鉛（Ｐｂ）が含まれるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）材料で構成しておく。そして、その焼成積層体４８１を、元素成分としてシリコンを含むガラス懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるシリコンを含むガラス懸濁液は焼成積層体４８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粒子３８５が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１５（ａ）参照）。その後、ガラス粒子３８５が電着した焼成積層体４８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粒子３８５を流動化させて平らなガラス層を形成し、冷却して固体化させると、焼成積層体４８１のセル内面に、元素成分としてシリコンを含むガラス絶縁膜３８７が形成される（図１５（ｂ）参照）。図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）のＢ部分を拡大した図である。図示されるように、セル内面に形成されたシリコンを含むガラス絶縁膜３８７は、その一部が、自らに含まれるＳｉ（シリコン）と壁部に含まれるＰｂ（鉛）とが反応して形成された反応層３８８を構成する。
【０１２３】
ところで、成膜手段として電気泳動法を用い、熱処理を２回乃至それ以上行う場合には、熱処理にかかる温度、乃至、天井壁あるいは底壁を重力方向に向けて配置し放置する時間を調整すること等によって、ガラス粉末の流動度（流れ具合）を調節することが出来る。
【０１２４】
図１３は、ガラス粉末の流動度を小さくすることによって得られるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの態様を示す図であり、１つのセル及びそれを形成する壁部を表した断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０は、本発明に係る第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施態様であり、２つの側壁６と、それらを接続する天井壁７及び底壁７と、を含む壁部により形成された（複数の）セル３を具備し、上記２つの側壁６が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセル３の容積が変化するアクチュエータである。天井壁７には微小孔８が備わり、壁部のセル内面の一部分を覆うガラス絶縁膜１８７（薄膜）が形成されている。そのガラス絶縁膜１８７は、ガラス粉末の流動度を小さくした結果、天井壁７のセル内面及び底壁７のセル内面を全て覆っておらず、シームレスな薄膜になっていない。
【０１２５】
しかし、ガラス絶縁膜１８７は、側壁６と天井壁７、及び、側壁６と底壁２、の各々の接続部分近傍には形成されており、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０は、変位を生じる圧電作動部である側壁６と、変位を生じない固定部である天井壁７又は底壁２と、の接合の強化が図れる点で、好ましい態様になっている。圧電作動部である側壁６と、固定部である天井壁７乃至底壁２との接続部分は、アクチュエータの駆動時に最も応力がかかる部分だからである。この態様により、２つの側壁６とそれらを接続する天井壁７及び底壁７が焼成一体化されていなくても、一定の接合信頼性の向上が認められ得るが、勿論、それら壁部が焼成一体化されることで、更に接合信頼性が高められることはいうまでもない。更に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０を、セル３に液体が充填される液体吐出装置として用いた場合に、その液体の漏洩防止の観点からも重要な意味を有する。
【０１２６】
次に、成膜手段のメッキ法について説明する。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、メッキ法による成膜工程を説明するための図である。この方法は、例えば無電解メッキ法によって、金属イオンを含む電解溶液中に、焼成積層体を浸漬させ、化学反応によりその金属を還元し析出させて電極膜を形成する方法である。メッキ法は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０（図４参照）の如く、一対の駆動電極の端部がそれぞれ一方において圧電／電歪体内に埋設され他方において圧電／電歪体から露出しているアクチュエータを製造する際に、製造過程で得られる焼成積層体に対して、一の駆動電極とセル外面で接続され他の駆動電極とセル内面で接続される電極膜を形成する成膜手段として利用される。図９（ａ）は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、メッキ法により成膜される焼成積層体の断面図であるが、この焼成積層体１９１は、電極膜、絶縁膜を形成する前のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０に概ね等しい態様を表し、一対の駆動電極２８，２９の端部がそれぞれ一方において圧電／電歪体１１４内に埋設され他方において圧電／電歪体１１４から露出しているものである。
【０１２７】
例えば、電極膜としてニッケル膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。メッキ法では、メッキを行う前に前処理を施す。前処理は、先ず、成膜の対象である焼成積層体１９１に付着している主に油脂性の汚れを除去するために脱脂処理を行う。焼成積層体１９１を、例えば脱脂溶液を投入した５０℃の超音波浴に５分間浸漬させることで脱脂処理出来る。次に、焼成積層体１９１を、例えば２５℃のホウフッ酸溶液に５分間浸漬させて、表面のエッチング処理を行う。そして、焼成積層体１９１を、例えば２５℃の希硫酸溶液に１分間浸漬させて、酸中和処理を行い、その後、センシタイザー・アクチュベータ法によりパラジウム核付け処理（２５℃、各５分）を行う。
【０１２８】
以上の前処理が施された焼成積層体１９１について、例えば無電解ニッケルメッキ法にて、電極膜を形成する。無電解ニッケルメッキ法では、例えば、ニッケル塩、錯化剤、還元剤等を含みｐＨ調整されたメッキ液１９２を用意し、これを４０℃に加熱し、焼成積層体１９１を、超音波を併用して、そのメッキ液１９２中に１２０分間浸漬する（図９（ｂ）参照）。その後、純水洗浄する。以上の処理により、焼成積層体１９１の所望の表面に、例えば厚さが２μｍのニッケル膜１９７を形成することが出来る（図９（ｃ）参照）。ニッケル膜１９７は、一対の駆動電極に相当する電極膜であり、本発明にいう薄膜である。
【０１２９】
続いて、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法について説明する。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法は、第１の製造方法にも共通してシームレスな薄膜を形成する工程に特徴があり、第２の製造方法では、その薄膜を形成する前に、アクチュエータとして駆動可能な状態にしておき、側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させ、換言すれば、圧電／電歪作動部の一対の駆動電極間に電圧をかけ側壁を伸縮させて、セルの容積を変化させ、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行う工程を行うところが、第１の製造方法と異なる。このように、セル内面に薄膜を形成するにあたり、対象となるアクチュエータを駆動させながら行うと、成膜材料を導入する微小孔が極小さく、それに対し液体の表面張力が大きく、セル内に成膜材料を導入することが容易でない場合に、成膜を容易にすることが可能である。又、セル内での化学反応により発生したガスをセル外に排出することが出来る観点からも、好適な手段であるといえる。化学反応を用いた成膜手段の場合、副生成物として発生する気体を除去し、反応速度を維持することが高品質な薄膜を製造する際に重要な因子となるからである。尚、このとき、具体的な成膜手段としては成膜材料として液体を用いるメッキ法、電気泳動法、陽極酸化法を採用出来る。
【０１３０】
上記の特有な工程以外は限定されず、上記した本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法に準じた工程で構成することが可能である。第２の製造方法では、薄膜の形成前にアクチュエータを駆動するので、薄膜が、例えばセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０，１４０（図７，６，４参照）における電極膜にあたる場合には適用出来ないが、薄膜の形成前にアクチュエータを駆動することが出来る限りにおいて、態様を問わず何れのセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを作製する手段として利用することが可能である。
【０１３１】
第２の製造方法は、具体的には、先ず、第１の製造方法に従って、セラミックグリーンシート積層法により焼成積層体を得る。この第１の製造方法に従う焼成積層体を得る工程は、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して既に説明した工程であり、作製対象をセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０（図２参照）とする製造方法を指す。そして、得られた焼成積層体に対し、必要に応じ圧電／電歪体の分極処理を行う。この焼成積層体は、内部に、駆動電極、共通配線、及び個別配線になる導体膜３１８，３１９が積層され、ビアホール１２８，１２９により導通させているから（図１０（ｂ）参照）、ビアホール１２８とビアホール１２９との間に仮の外部配線等で電源を接続すれば、駆動可能なものである。そして、その焼成積層体を駆動させ側壁を伸縮させて、セルの容積を変化させれば、セル内の圧力変化によって、微小孔８（図１０（ｃ）参照）を通じてセルの中へ成膜材料を導入することが出来、セル内面にシームレスな薄膜を形成することが可能である。
【０１３２】
以上、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法について説明したが、次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及び本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法に用いられる材料について説明する。
【０１３３】
先ず、圧電／電歪体の材料（圧電／電歪材料）について説明する。圧電／電歪材料は、圧電効果若しくは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。具体的には、好ましい材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。
【０１３４】
又、これらの材料には、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。更に、上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物に、ビスマス酸リチウム乃至ゲルマン酸鉛を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましい。尚、圧電材料の低温焼成化は、ガラス（例えば珪酸塩ガラス、硼酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ゲルマン酸鉛ガラス、又はそれらの混合物）の添加によっても実現させることが出来る。但し、過剰な添加は、材料特性の劣化を招くため、要求特性に応じて添加量を決めることが望ましい。
【０１３５】
次に、電極の材料としては、導電性の金属及び酸化物が採用される。例えば、電極の材料としては一般には、室温で固体であって、導電性の金属が採用され、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電／電歪材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電／電歪材料の種類に応じて選択することが好ましい。酸化物電極としては酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化ルテニウムを使用することが出来る。尚、ここでいう電極とは、主に電極膜、駆動電極等として表現されるものを指し、電極の材料は、製造方法の説明においてのちに電極になる導体膜を構成する材料にあたる。又、ビアホールや、必要な電極端子、配線等を構成する材料も、上記電極の材料に準じた材料を採用出来る。
【０１３６】
保護膜の材料としては、上記したビスマス−亜鉛−硼珪酸ガラスの他に、二酸化珪素、窒化珪素、硼酸−燐酸−珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）、燐酸−珪酸ガラス（ＰＳＧ）等が用いられる。絶縁膜の材料としては、上記した酸化タンタルの他に、酸化アルミナ、酸化チタン等が用いられ、防湿膜の材料としては、二酸化珪素、窒化珪素等が用いられる。バリア膜の材料としては、上記した窒化チタンの他に、窒化タンタル、窒化ニオブ等が用いられる。
【０１３７】
ＣＶＤ法により成膜可能な有機材料としてはパリレン樹脂がある。パリレン樹脂は常温で成膜可能であり、絶縁性、耐薬品性、撥水性に優れた材料であることから、本発明にかかる絶縁膜、保護膜、耐湿膜としての機能を併せ持つ好適な材料である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明に係る第１及び第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、印刷機器のインクジェットプリントヘッドとして適用される他に、マイクロポンプ、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や半導体製造用のコーティング工程において用いられる微小液体吐出装置、あるいは医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置等のアクチュエータとして、好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを切断線で切断した場合の断面図である。
【図２】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図３】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図４】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図５】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図６】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図７】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、メッキ法による成膜工程の説明図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法の概略工程の一例を示す説明図である。
【図１１】成膜手段のＣＶＤ法に使用されるＭＯＣＶＤ成膜装置の概略構成図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１３】本発明に係る第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１６】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【図１７】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【図１８】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１，８０，９０，１１０，１２０，１４０，２３０…セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ、２…底壁、３…セル、４，２４，３４，４４，５４，６４…圧電／電歪作動部、５…（短手方向の）側壁、６…側壁、７…天井壁、８…微小孔、１４，１１４…圧電／電歪体、１７…薄膜、１８，１９…電極膜、２８，２９…駆動電極、５５…壁部構成要素、１００…切断線、１１７…絶縁膜、１２８，１２９…ビアホール、１７７…保護膜、１８１…焼成積層体、１８２…懸濁液、１８３…電源、１８４…電着電極、１８５…参照電極、１８６…ガラス粉末、１８７…ガラス絶縁膜、１９１…焼成積層体、１９２…メッキ液、１９７…ニッケル膜、２００…ＭＯＣＶＤ成膜装置、２０１，２０２，２０３…オーブン、２０４…リアクタ、２０５…インナー管、２０６…基板、２０７…ロータリーポンプ、２０８…ターボ分子ポンプ、２０９…ヒーター、２１１，２１２，２１３…インレット、２１４…マスフローコントローラー、２１５…気化器、２８１…焼成積層体、２８５…ガラス粉末、２８６…シリカ粒子、２８７…複合膜、２８８…ガラス膜、２８９…シリカ、３１８，３１９…導体膜、３８１…焼成積層体、３８５…ガラス粒子、３８７…ガラス絶縁膜、３８８…反応層、４８１…焼成積層体、６０２，６１４，６１５，６１６，６１９…セラミックグリーンシート、６０５，６２５…スリット孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁部によって形成されたセルを有し、その壁部の少なくとも一部を構成する圧電／電歪作動部の発生変位によってそのセルの容積変化を生じさせ、所定のはたらきを実現するセル駆動型の圧電／電歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、コピー機、その他の印刷機器に、インクジェットプリントヘッドが採用されるようになって久しい。近時は、特に小型のプリンタの殆どにノンインパクト方式が採用され、高性能なインクジェットプリントヘッドによって銀塩写真の如く鮮明な画像が紙の上に再現されるようになってきている。
【０００３】
ノンインパクト方式の印刷機器とは、インクをノズルから吐出して印字媒体（主に紙）に印刷する機器であり、インクを吐出するインクジェットプリントヘッドの形式によって、主に圧電方式とサーマル（バブルジェット（登録商標）等）方式とが知られている。このうち圧電方式とは、インクジェットプリントヘッドとして圧電／電歪アクチュエータが用いられる印刷機器であり、インクジェットプリントヘッドは、主に、ノズルと、インク供給路に連通するインク室と、そのインク室に容積変化を生じさせる圧電／電歪素子と、から構成される。圧電方式の印刷機器は、インクジェットプリントヘッドが圧電／電歪素子に駆動電圧を印加してインク室に容積変化を発生させインクをノズルから吐出させることにより、印字、印刷を行う。圧電方式のインクジェットプリントヘッドは、サーマル方式がインクを加熱するに比してそれを行わないため、インク選択の自由度が高く、制御性が優れる、という長所を有する。
【０００４】
例えば、特許文献１にインクジェット（記録）ヘッドの開示がなされている。特許文献１の図１に示されるように、提案されたインクジェットプリントヘッドは、圧電／電歪体基体（プレート）に、保護膜で被覆された電極をその内面に有し上側が蓋（トッププレート）で覆われた溝を形成し、その溝を、１本おきに、インクを充填したインク室（インクチャネル）とインクを充填しないダミー室（ダミーチャネル）とし、インク室に連通するノズルを有するノズル板（ノズルプレート）を備え、インク室を構成する両側の圧電／電歪体側壁（電極が形成された圧電／電歪素子）に変位を発生させ変形させて、インクをノズルから吐出させるインクジェットプリントヘッドである。このインクジェットプリントヘッドは、蓋はダミー室の上にノズル板まで貫通するスリットを有し、且つダミー室の深さがインク室の深さより大きく、インク室を構成する圧電／電歪体側壁の変形によってダミー室の底部のすべり変形が発生しない深さであるため、クロストークが低減され、安定したインク滴の吐出動作を実現したものである。
【特許文献１】特許第３２１７００６号公報
【特許文献２】特許第３４１２０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のインクジェットプリントヘッドには改善すべき点があると考えられた。インクジェットプリントヘッドにおいて、インクとして導電性液体を採用する場合には、電極を絶縁するために保護膜の形成が不可欠であり、駆動極性によっては、インクが導電性を有するか否かに関わらず、インクの電気分解防止のために保護膜の形成が必要となる。特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドでは、その保護膜を形成した後に、ポリイミド等からなるトッププレートを接着剤で接合したものであるため、長期の稼動で側壁の変形が繰り返されることにより、側壁とトッププレートとの間の接合信頼性が低下するおそれがある。又、インクによる接着剤の腐食や接着剤からの脱ガスによりインク室内に気泡が滞留し吐出不良を招くおそれもある。
【０００６】
一方、側壁とトッププレートとの間に隙間が生じるとインクが滞留し印字品質の低下を招来し、極端な場合にはインク漏れに至るおそれがある。又、保護膜の機能が低下すると、短絡、マイグレーション等の問題が発生するおそれがある。インクジェットプリントヘッドには長期信頼性が求められており、このような問題発生につながる要素は徹底的に排除しておくことが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の抱える課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インクの滞留、インク漏れ、あるいは、電極にかかる短絡、マイグレーション等の問題発生につながる要素を徹底的に排除したインクジェットプリントヘッドに好適に用いられるアクチュエータを提供することである。検討が重ねられた結果、以下に示すアクチュエータをインクジェットプリントヘッドとして適用することにより、上記目的が達成されることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化するアクチュエータであって、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータが提供される（第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータともいう）。
【０００９】
本明細書において、セルとは、壁部に備わる微小孔を除き密閉された小空間を意味する。又、セル内面とは、空間であるセルを形成する壁部の面であって、セルに接している面を指し、セル外面とは、空間であるセルを形成する壁部の面であって、セルに接していない面を指す（ダミーセルに接している場合がある）。
【００１０】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいて、微小孔は、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上設けられていればよく、限定されるものではないが、天井壁又は底壁の何れかに１つ乃至２つの微小孔が備わることが好ましく、その大きさは、径として好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは２０乃至１５０μｍである。微小孔は円形であれば好ましいが、限定されるものではない。本明細書において、微小孔の径は、円形の場合には直径、円形ではない場合には内接円の直径を指す。
【００１１】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜、電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一の単層膜又は二以上の多層膜で構成されることが好ましい。
【００１２】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜と電極膜とを含む多層膜で構成され、壁部の表面から、少なくともバリア膜、電極膜の順に成膜されていることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、１層以上のシームレスな薄膜が、少なくとも電極膜を含み、更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一以上の膜を含む、二以上の多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくとも電極膜、絶縁膜の順、少なくとも電極膜、保護膜の順、少なくとも電極膜、防湿膜の順、の何れかによって成膜されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、１層以上のシームレスな薄膜が電極膜を含む場合において、その電極膜が金属又は酸化物で形成されることが好ましい。
【００１５】
又、１層以上のシームレスな薄膜がバリア膜を含む場合において、そのバリア膜が酸化物又は窒化物で形成されることが好ましい。
【００１６】
更に、１層以上のシームレスな薄膜が絶縁膜、保護膜、及び防湿膜を含む場合において、それら絶縁膜、保護膜、及び防湿膜が、酸化物、窒化物、又は炭化物で形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいては、２つの側壁、天井壁及び底壁を含む壁部が、焼成一体化されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、変位を発現する圧電／電歪作動部は圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とで構成されるので圧電／電歪素子とも表現出来るが、本明細書では、セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部とよぶ。
【００１９】
その圧電／電歪作動部の態様は限定されるものではないが、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の高さ方向に交互に積層をされた層状の圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの縦効果により前記変位を発生することが好ましい。
【００２０】
この態様の場合に、層状の圧電／電歪体の数は限定されず、１乃至複数であってよい。圧電／電歪作動部の最小構成は、１層の圧電／電歪体を挟んで一対の駆動電極が形成される態様であるが、変位効率を向上させるためには、圧電／電歪体は、より薄く、多層であることが好ましい。層状の圧電／電歪体、と表現されるが、板状の圧電／電歪体、と対比させて表したものであり、層状及び板状の語が圧電／電歪体の厚さを限定するわけではない。又、側壁の高さ方向、と表現されるが、側壁の幅方向、と対比させ相対的な方向として表したものであり、高さ及び幅の語が絶対的な方向を示すわけではない。即ち、必ずしも重力方向の反対方向が高さ方向ではない。
【００２１】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の幅方向に交互に積層をされた板状の前記圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの横効果により前記変位を発生することが好ましい。駆動電極が側壁の幅方向に圧電／電歪体と積層をされてその側壁を構成するから、積層の最外層に現れた駆動電極がセル内面（及びセル外面）にあたる場合があり、このときには、少なくともセル内面において駆動電極は上記したシームレスな電極膜として形成される。
【００２２】
又、この態様の場合には、１つの壁部あたりの板状の圧電／電歪体の数は限定されず、１又は複数であってよい。圧電／電歪作動部の最小構成は、１枚の圧電／電歪体を挟んで、その両側面に一対の駆動電極が形成される態様である。圧電／電歪体が複数備わる場合には側壁の幅方向に積層され、複数の圧電／電歪体の間の面にも電極が形成される。既に述べたように、板状の圧電／電歪体と表現されるが、圧電／電歪体の厚さを限定するわけではない。限定されるものではないが、板状の圧電／電歪体は複数備わることが好ましい。変位効率が向上するからである。板状の圧電／電歪体が複数備わる場合には、駆動電極は圧電／電歪体の側面に形成され、圧電／電歪体と圧電／電歪体との間の面にも形成されるので、圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とが、側壁の幅方向に交互に積層をされる態様となる。
【００２３】
尚、電界誘起歪みの縦効果とは、分極方向に電界を加えたときに同じ方向に伸縮するような圧電／電歪作動部（圧電／電歪体）の変形をいい、電界誘起歪みの横効果とは、分極方向に電界を加えたときに垂直方向に伸縮するような圧電／電歪作動部（圧電／電歪体）の変形をいう。
【００２４】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成されればよく、セルを形成する残りの壁部である天井壁及び底壁は変位を生じないものであってもよいが、天井壁及び底壁の何れか又は両方が圧電／電歪作動部で構成される態様であってもよい。
【００２５】
本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、圧電／電歪と称しているが、電界によって誘起される歪みを利用するアクチュエータであって、狭義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生する圧電効果又は印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発生する電歪効果を利用するアクチュエータに限定されるものではなく、強誘電体材料全般にみられる分極反転、反強誘電体材料にみられる反強誘電相−強誘電相転移、等の現象を利用するアクチュエータも含まれる。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおいて、より好ましいものは材料強度面に優れるセラミックアクチュエータである。又、分極にかかる処理が行われるか否かについては、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータを構成する圧電／電歪作動部の圧電／電歪体に用いられる圧電／電歪材料の性質に基づいて適宜決定される。
【００２６】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、壁部によって形成されるセルの形状は限定されるものではなく、側壁、天井壁、底壁を平面ではなく曲面で構成し、種々のセル形状としてもよい。より好ましいセルの形状は、長手方向の断面において高さに比して幅の狭い角筒形を表す形状、即ちスリット状である。即ち、スリット状のセルとは、それを形成する壁部の構成要素のうち、相対的に２つの側壁が長く天井壁及び底壁が短いことを表す。より具体的には、１つのセルを形成する２つの側壁間の最短距離（セル幅という）に対する底壁と天井壁との最短距離（セル高という）の比（セルのアスペクト比という）が、概ね２〜１００であるセルが好ましい。又、セル幅は概ね６０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、セルのアスペクト比が概ね１０〜５０、セル幅が５０μｍ以下である。
【００２７】
又、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、側壁（圧電／電歪作動部）の厚さに対する側壁の高さ（セル高に等しい）の比（側壁（圧電／電歪作動部）のアスペクト比という）が、概ね２〜１００であることが好ましい。より好ましくは、側壁のアスペクト比が概ね１０〜５０である。これらの条件のうち少なくとも何れか１つの条件に適うアクチュエータであれば、更に好ましくは全ての条件が適うアクチュエータであれば、より高出力化を図ることが容易であるとともに、高密度化が図れ、よりコンパクトなアクチュエータを実現することが可能である。
【００２８】
本明細書において、壁部がそれぞれ、側、天井、底、の語で修飾され表現されるが、絶対的な、方向乃至位置関係を示すものではない。即ち、例えば必ずしも重力方向に位置する壁部が底壁であるわけではない。又、本明細書において、側壁が圧電／電歪作動部で構成され、と表現されるが、側壁の一部が圧電／電歪作動部で構成される場合を含む。より好ましくは、側壁全体が圧電／電歪作動部を構成する態様である。
【００２９】
上記したセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは何れも液体吐出装置に適用することが出来る。本発明によれば、上記した何れかのセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置が提供される。
【００３０】
このセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置は、セルが液体加圧室を構成し、圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化して、セルに充填された、粒子が含まれる液体を、吐出させ得る液体吐出装置であって、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜のうち、セル内面に対面する最外層の表面電位が、液体に含まれる粒子の表面電位と同じ極性であることが好ましい。
【００３１】
例えば、液体吐出装置のうちインクジェットプリンタでは、近年、印刷物の長寿命化を図るために顔料系インクが用いられることが多い。そして、この顔料系インクは、着色するための顔料粒子を含んだ液体となっている。液体中に含まれる顔料粒子の表面電位とセル内壁面の表面電位とを同じ極性とすることにより、互いに反発させ、顔料粒子が壁部に化学吸着するのを抑制し、安定した吐出性能を維持することが可能になる。又、液体吐出装置のうちイオン化溶液等を吐出するデバイスにおいても、同様の原理で化学吸着を低減出来、装置の洗浄性を飛躍的に向上させることが出来る。バイオ・医療分野で適用される微量液体吐出装置では、様々な液体を扱う必要があり、装置の洗浄性の良し悪しは重要な課題である。尚、表面電位はゼータ電位を測定することで把握出来、液体の物性を予め把握しておくことで、吐出性能を最適化した装置設計が可能である。
【００３２】
次に、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成し且つ圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設け、セルを形成した後に、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が提供される（セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法、又は単に第１の製造方法ともいう）。この方法では、最終的に２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成するために、圧電／電歪体を含んで構成した２つの側壁に駆動電極を形成するタイミングは限定されない。２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものであるか、又は、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものであるかにより、駆動電極を形成するに好ましいタイミングが異なる場合があるので、適切なタイミングで行えばよい。
【００３３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、成膜材料が、気体であることが好ましい。そして、この場合には、成膜手段が、ＣＶＤ法、蒸着重合法のうちの何れかであることが好ましい。
【００３４】
又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、成膜材料が、液体であることも好ましい。この場合には、成膜手段が、メッキ法であることが好ましい。
【００３５】
更に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、セルを形成する際に、壁部のセル内面に電極を露出させ、成膜手段として電気泳動法を用いて、微小孔を通じてセルの中へ液体の成膜材料の導入を行い少なくとも電極へ堆積させた後に、成膜材料の軟化点温度以上の温度で熱処理を行う工程を有することが好ましい。
【００３６】
この場合には、熱処理が２回以上行われることが好ましい。尚、１回の熱処理とは、成膜材料を流動化させ得る処理をいい、熱処理の区切りは、冷却を行うことにより示される。又、電極は、駆動電極が該当するが、他の成膜手段により先にセル内面に形成された電極膜であってもよい。
【００３７】
又、この場合（成膜手段として電気泳動法を用い熱処理を行う工程を有する場合）には、成膜材料が２種以上であり、上記した熱処理によってその２種以上の成膜材料を混合して複合材料を得て、その複合材料によりシームレスな薄膜を形成することが好ましい。
【００３８】
例えば、成膜材料として無機材料を用いる場合に、２種以上の複数の材料を用いて複合化することにより、薄膜と壁部（基材）との熱膨張率を整合させることが可能である。より具体的には、壁部の材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合に、ＰＺＴの熱膨張率は３×１０-6／Ｋであり、その熱膨張率に合わせた成膜材料としてガラス粉末を選択するのは困難である。成膜材料を流動化させる熱処理の温度は、拡散防止の観点から、より低いことが望ましく、具体的には５００〜６００℃であることが求められる。このような低い温度で熱処理が可能であり（ガラス転移点が低く）、且つ、低熱膨張率であるガラス粉末を作製することは難しい。通常の低ガラス転移温度材料の熱膨張率は５〜７×１０-6／Ｋ程度である。このため、ガラス粉末の中に、熱膨張率が非常に小さいシリカ（０．５×１０-6／Ｋ）を分散させた材料を作製することにより、壁部を構成するＰＺＴに合ったガラス絶縁膜を作製することが出来る。
【００３９】
又、成膜材料として有機材料を用いる場合に、例えばアクリル系樹脂とエポキシ系樹脂の複合化を行うことが出来る。絶縁性、耐食性に優れたエポキシ系樹脂と、壁部（基材）との密着性に優れたアクリル系樹脂のハイブリッド化により、優れた薄膜を成膜することが可能である。
【００４０】
更に、成膜手段として電気泳動法を用い熱処理を行う工程を有する場合には、シームレスな薄膜と壁部との間に、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成することが好ましい。例えば、壁部（基材）がジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のようなＰｂ成分を含む材料で構成される場合に、成膜材料としてシリコン（Ｓｉ）を含む材料を選択することで、熱処理時に、成膜材料の成分（Ｐｂ）と、壁部を構成する材料の成分（Ｓｉ）とを反応させて反応層を形成することが出来、これにより、薄膜と壁部との密着性を格段に強固にすることが出来る。
【００４１】
又、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成し且つ圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設け、セルを形成し、アクチュエータとして駆動可能とした後に、側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させ（側壁を伸縮させて）セルの容積を変化させながら、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が提供される（セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法、又は単に第２の製造方法ともいう）。この方法では、第１の製造方法と異なり、壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する前にアクチュエータとして駆動可能にする必要があるから、少なくともセルを形成した時点で、２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成されていることを要する。即ち、セルを形成した時点で、２つの側壁が圧電／電歪体を含んで構成され且つ駆動電極が形成されている必要がある。但し、２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものであるか、又は、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものであるか、は限定されず、何れでもよい。
【００４２】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法及び第２の製造方法において（両方を指して単に本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法ともいう）、微小孔の径が、２００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは２０乃至１５０μｍである。尚、微小孔は、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上備わればよく、限定されないが、天井壁又は底壁の何れかに１つ乃至２つの微小孔が備わることが、より好ましい。
【００４３】
又、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法では、少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成すればよく、天井壁及び底壁は圧電／電歪体を含んで構成してもよく、そうでない材料であってもよい。より好ましくは、少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成するために、セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁及び底壁を作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる。この方法では、天井壁は別途作製し後付けする。又、より好ましくは、セルを形成する壁部のうち２つの側壁、底壁、及び天井壁の全てを作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる。この方法では、セルを形成する壁部の全てが一体化する。
【００４４】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法において、製造対象であるアクチュエータが液体吐出装置に用いられる場合において、微小孔が液体を吐出するノズルを兼ねることが好ましい。液体吐出装置の一例がインクジェットプリントヘッドである。
【００４５】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法においては、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を形成する手段、工程は限定されず、何れかの方法で、セルの中へ成膜材料を導入する前に、形成しておけばよい。
【００４６】
次に、本発明によれば、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセルの容積が変化するアクチュエータであって、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上の微小孔が備わるとともに、２つの側壁のセル内面、及び、２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続部分のセル内面、を覆う１層以上の薄膜が形成されていることにより、２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続信頼性を向上させたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータが提供される（第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータともいう）。
【００４７】
尚、本明細書において、単に本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータというときは、この第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを指す。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、セルを形成する壁部のセル内面に、そのセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているものである。シームレスであるため薄膜が破壊され難く、微小孔を介して通じるセルの内と外とが、その微小孔部分を除いて完全に仕切られ隔離性が向上している。又、セル内面に流体の溜まりとなるような部分が形成され難い。更には、セル内面、即ち空間であるセルを形成する壁部の面であってセル（空間）に接している面、に薄膜が形成されているため、従来技術の如く壁部の構成要素の間（例えば側壁と天井壁（又は底壁）の間）に接着部を介在させずに、それらを、直接、接合させることが出来る。従って、壁部の構成要素がたとえ接着剤で接合されている場合でも、長期の稼動により繰り返される側壁の変形に対して、壁部の構成要素間の接合信頼性を高く保つことが出来る。加えて、薄膜自体の破壊のおそれ、乃び、少なくとも本来有していた膜の機能を低下させるおそれ、が小さい。
【００４９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの好ましい態様は、壁部が焼成一体化されたものである。この態様では、壁部の構成要素間の接合に接着剤を用いないため、セルを形成する壁部自体の機械的強度が増すとともに、接着剤に起因して生じる壁部の構成要素間の接合信頼性の低下を完全に排除出来る。又、薄膜が接する壁部に界面が現れないため、壁部と薄膜との密着性が向上するとともに、長期間の使用におけるシームレスな薄膜に対する影響（化学的な変化、物理的な応力）がより小さくなり、薄膜の劣化が抑制される。
【００５０】
従って、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータをインクジェットプリントヘッドとして適用した場合に、セルの中でインクが滞留し難く、インク漏れに至るおそれは殆どなくなる。印字品質の低下やその他のトラブルが起き難くなり、短絡、マイグレーション等の問題が抑制される。即ち、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いたインクジェットプリントヘッドは、優れた長期信頼性を備えたものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００５２】
先ず、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて説明する。図１（ａ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１を切断線１００で切断したときの断面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、図中において上面に、１つのセル３毎に、ノズルとして利用可能な２つの微小孔８を有しており、圧電／電歪方式の印刷機器のインクジェットプリントヘッドや各種の液体吐出装置に利用可能なものである。
【００５３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、２つの側壁６と、その２つの側壁６を接続する天井壁７及び底壁２と、を含む壁部を有し、その壁部により形成された概ねスリット状の直方体形をなすセル３を複数備えている。２つの微小孔８は、セル３の中と外とを通じ、天井壁７に開いている。個々のセル３毎に、２つの側壁６は圧電／電歪作動部４として構成され、その圧電／電歪作動部４の変位によって、セル３の容積が変化する。複数のセル３の間の空間は、ダミーセル１５として構成され、一のセル３と他のセル３とは完全に独立している。
【００５４】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、セルのアスペクト比は１つのセル毎に決まり、側壁のアスペクト比は１つの側壁毎に決まる。図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１において、側壁６（圧電／電歪作動部４）のアスペクト比は、その厚さＴと高さ（セルの深さＤに相当）で表され（＝Ｄ／Ｔ）、概ね１５程度である。セルの幅Ｗとセルの深さＤ（側壁の高さに相当）で示されるセルのアスペクト比（＝Ｄ／Ｗ）は５程度である。
【００５５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１には、図１（ｂ）に示されるように、壁部のセル内面（セル３を形成する壁部の面のうち空間であるセル３に接している面）に、そのセル内面を全てを覆うシームレスな薄膜１７が形成されている。そして、壁部は、２つの側壁６、天井壁７、及び底壁２を含む全ての構成要素が焼成一体化されて出来たものであり、壁部には接着剤による接合部分が存在せず、壁部もシームレスであるということが出来る。即ち、空間であるセル３は、微小孔８部分を除いては、薄膜１７により囲われ、更にその外側で壁部に囲われるという二重のシームレスな仕切手段で形成されている。セル３の中からみれば連続した薄膜１７の面しか存在せず、流体の溜まりになり得る部分がみられない。又、薄膜が破壊されるおそれが殆どない。
【００５６】
尚、焼成一体化された壁部は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの必須要件ではないが、より好ましい態様である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１は、インクジェットプリントヘッドとして適用される場合には、セル３がインク室（液体加圧室）になり、圧電／電歪作動部４（側壁６）が（図１（ｂ）中における上下方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させ、セル３に充填されたインク（液体）を吐出させることが出来る。
【００５７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１では、微小孔８が天井壁７に開いているが、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、微小孔は壁部のうち圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く部分であれば限定されるものはない。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１と同様にセルがスリット状の直方体形をなす場合には、壁部の構成要素として短手方向の側壁が存在することになるが、その短手方向の側壁に微小孔を設けてもよく、あるいは、底壁であってもよい。
【００５８】
図１６は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１の１つのセル３及びそれを形成する壁部のみを示しセル３を透視して表した斜視図である。図示されるように、スリット状の直方体形をなすセル３を形成する壁部は、長手方向の側壁である２つの側壁６、天井壁７、底壁２の他に、短手方向の側壁である２つの側壁５によって形成されており、微小孔８は天井壁７に開いている。一方、図１７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、スリット状の直方体形をなすセル３を形成する壁部は、同様に、長手方向の側壁である２つの側壁６、天井壁７、底壁２の他に、短手方向の側壁である２つの側壁５によって形成されているが、微小孔８は短手方向の側壁５に開いている。
【００５９】
ところで、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、２つの側壁、天井壁、底壁を含む壁部によりセルを形成したものであり、そのセルは微小孔を除いて密閉された空間であるが、セルは上記したような直方体形に限定されるわけではない。図１８は、１つのセル及びそれを形成する壁部のみを表した斜視図であり、セルが直方体形ではない場合の実施形態を示す図である。セルが図示されるような船形をしている場合においても、セルが微小孔を除き密閉された空間であるためには、図１７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータにおける短手方向の側壁５のように平面の壁ではないがそれに相当する壁部構成要素５５が存在する。そして、この部分の態様はセルによって変わり得るため、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、その形態は、微小孔を除いて密閉された空間であるセルを具備すること、及び、そのセルが２つの側壁とその２つの側壁を接続する天井壁及び底壁とを含む壁部により形成されること、により特定される。尚、本明細書において、単に側壁というときには圧電／電歪作動部で構成される長手方向の側壁を指す。
【００６０】
図１（ｂ）では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１の圧電／電歪作動部４の具体的態様は示されていない。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、圧電／電歪作動部が変位を生じる圧電／電歪体と少なくとも一対の駆動電極とからなるものであるが、その具体的な態様を限定せず、圧電／電歪作動部には種々の態様があり得る。例えば、圧電／電歪体の積層態様、あるいは変位を生じる圧電／電歪作動部として機能させるべく圧電／電歪体に電界をかけるための駆動電極の形成態様、等によって分類することが出来る。又、１層以上のシームレスな薄膜も、その圧電／電歪作動部の態様によって、あるいは、セルの中に充填され薄膜と接する流体の性状によって、例えば電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜等のうちの一の単層膜乃至二以上の多層膜で構成される種々の態様になり得る。
【００６１】
以下、圧電／電歪作動部及び薄膜の具体的態様を表したセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて、図２〜図７を参酌しながら説明を続ける。図２〜図７では、１つのセル及びそれを形成する壁部のみが示されるが、これらはそれぞれセルが複数備わるものであって、図２〜図７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの、微小孔やダミーセル等を含むアクチュエータとしての全体構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に準じる。
【００６２】
図２、図３、図４、図５に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０，１４０，１２０は、側壁を構成する圧電／電歪作動部が、側壁の高さ方向に交互に積層をされた、層状の圧電／電歪体と一対の駆動電極とを有する態様をなし、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生するものである。他方、図６、図７に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０は、側壁を構成する圧電／電歪作動部が、板状の圧電／電歪体とその圧電／電歪体の側面に形成された一対の駆動電極とを有する態様であり、電界誘起歪みの横効果により変位を発生するものである。
【００６３】
図２は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部３４で構成され、その圧電／電歪作動部３４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００６４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、駆動電極２８，２９が層状を呈し、それらの端部は、両方とも圧電／電歪体１１４の積層断面に露出している。又、それぞれ複数の駆動電極２８，２９を、それぞれ接続する配線は、側壁６の表面に外部電極として形成されておらず、（図示しないが）圧電／電歪体１１４自体の中に設けられている。具体的には、圧電／電歪作動部３４に変位を生じさせるための外部から駆動電極２８，２９のそれぞれに電源を供給する配線は、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００６５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、駆動電極２８，２９の端部が圧電／電歪体１１４の積層断面に露出しているため、セル３に導電性液体が充填されると短絡してしまうので、側壁６のセル内面及びセル外面に、薄膜として、絶縁膜１１７が形成されている。薄膜は、セル３に充填される液体の性状等によっては、絶縁膜の代わりに保護膜、防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００６６】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０において、層状の圧電／電歪体１１４は、例えば駆動電極２８から駆動電極２９へ向けた方向（図２中において上下方向（縦方向））に分極されている（挟まれる駆動電極により各圧電／電歪体１１４毎に分極方向は異なる）。そして、図示されない配線を介して、駆動電極２８側を正、駆動電極２９側を負にして駆動電極２８，２９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。換言すれば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、分極が互いに反対方向の圧電／電歪体１１４が駆動電極２８，２９を挟んで積層され、各々の圧電／電歪体１１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電／電歪体１１４に電界誘起歪みが発現し、その電界誘起歪みの縦効果による変位に基づき、圧電／電歪作動部３４は、駆動電極２８，２９で挟まれる圧電／電歪体１１４が図２中において概ね上下方向に（側壁６の高さ方向と同じ方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させる。
【００６７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０では、圧電／電歪体１１４の変位が電界誘起歪みを直接利用するものであるので、その変位の発生力が大きく応答速度も速い。個々の圧電／電歪体１１４が発現する変位量は大きなものではないが、積層数に比例した変位量となるので、積層数を増やすことによって大変位を得ることが可能である。又、圧電／電歪体１１４の１層当たりの厚さを、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０乃至８０μｍとすることによって、より低電圧で駆動出来るようにすることも可能である。
【００６８】
図３は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部４４で構成され、その圧電／電歪作動部４４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００６９】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と同様に、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線は、圧電／電歪体１１４自体の中に設けられ、例えば、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００７０】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、側壁６に備わる圧電／電歪作動部４４の駆動電極２８，２９の両方の端部が、圧電／電歪体１１４内に埋設されているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と異なる。側壁６は焼成一体化されたものであり且つその表面に駆動電極が露出していないため、通常、セル３に導電性液体が充填した場合でも駆動電極の短絡等の問題が生じない。従って、例えばインクジェットプリントヘッドとして利用する場合に、セルに充填されるインク材料を制限することがない。又、必ずしも側壁６に絶縁等の目的で薄膜を形成する必要はないが、アクチュエータの長期にわたる信頼性を保持するためセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０ではセル内面及びセル外面に保護膜１７７が形成されている。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００７１】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０に準じる。
【００７２】
図４は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部６４で構成され、その圧電／電歪作動部６４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。天井壁７には微小孔８が備わる。圧電／電歪体１１４は、側壁６において９層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１０層（９対）積層されている。
【００７３】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０では、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線が外部電極として側壁６に形成されている。その外部電極は、側壁６のセル内面に形成された共通電極（配線）としての電極膜１８、及び、側壁６のセル外面に形成された個別電極（配線）としての電極膜１９である。セル内面に形成された電極膜１８はセル内面を全て覆うシームレスな膜である。層状を呈する駆動電極２８，２９は、それぞれの端部が、それぞれ一方において圧電／電歪体１１４内に埋設され、他方において圧電／電歪体１１４から露出し、駆動電極２８は電極膜１８と接続され、駆動電極２９は電極膜１９と接続される。
【００７４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０では、側壁６のセル内面及びセル外面には、電極膜１８，１９の上に、保護膜１７７が形成されている。セル内面側の保護膜１７７は、（電極膜１８の上から）セル内面を全て覆うシームレスな保護膜として形成され、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０において、電極膜１８とともに、本発明にいうセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜を構成する。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００７５】
尚、図示しないが、側壁６には電極膜１８，１９より先に（下面に）導電性のバリア膜が形成されてもよい。勿論、そのバリア膜のうち、少なくともセル内面に形成されるバリア膜は、セル内面を全て覆うシームレスなバリア膜として形成されていることが好ましい。そうすると、例えば、電極膜１８，１９を形成した後に、その上に更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜の何れか一の単層膜又は二以上の多層膜を形成した場合に、加熱により電極膜の成分が圧電／電歪体の中へ拡散したり逆に圧電／電歪体の成分が電極膜へ拡散することがなく、圧電／電歪特性の低下が生じ難くなる。
【００７６】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０に準じる。
【００７７】
図５は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部５４で構成され、その圧電／電歪作動部５４は、側壁６の高さ方向に交互に積層をされた、複数の層状の圧電／電歪体１１４と駆動電極２８，２９とを有し、電界誘起歪みの縦効果により変位を発生する。圧電／電歪体１１４は、側壁６において１４層備わり、その圧電／電歪体１１４を挟んで極性の異なる駆動電極２８，２９が合計１５層（１４対）積層されている。
【００７８】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０では、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０，１３０と同様に、それぞれ複数の駆動電極２８，２９をそれぞれ接続する配線は、圧電／電歪体１１４自体の中に設けられ、例えば、圧電／電歪体１１４の内部にビアホール等により引き回すことで、圧電／電歪体１１４の所望の位置に、別途、形成することが出来る。
【００７９】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、側壁６に備わる圧電／電歪作動部５４の駆動電極２８，２９の端部のうちセル内面側の端部のみが、圧電／電歪体１１４内に埋設されているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０と異なる。側壁６は焼成一体化されたものであり且つその表面に駆動電極が露出していないため、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１３０と同様に、通常、セル３に導電性液体が充填した場合でも駆動電極の短絡等の問題が生じない。従って、例えばインクジェットプリントヘッドとして利用する場合に、セルに充填されるインク材料を制限することがない。又、必ずしも側壁６に絶縁等の目的で薄膜を形成する必要はないが、アクチュエータの長期にわたる信頼性を保持するためセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０ではセル内面及びセル外面に保護膜１７７が形成されている。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００８０】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１２０は、分極、駆動電界、駆動動作、変位（発生力、低電圧）等については、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０等に準じる。
【００８１】
図６は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０は、２つの側壁６の各々が圧電／電歪作動部４で構成され、その圧電／電歪作動部４は、側壁６の幅方向（図６中において横方向）に交互に積層をされた板状の圧電／電歪体１４及び一対の駆動電極２８，２９を有し、電界誘起歪みの横効果により圧電／電歪体１４が変位を発生し、セル３の容積を変化させる。
【００８２】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、一対の駆動電極２８，２９が側壁６のセル内面及びセル外面に形成されている態様になり、セル内面に形成された駆動電極２８がセル内面を全て覆うシームレスな電極膜として形成されている。側壁６のセル内面及びセル外面には、駆動電極２８，２９の上に、保護膜１７７が形成されている。セル内面側の保護膜１７７は、（駆動電極２８（電極膜）の上から）セル内面を全て覆うシームレスな保護膜として形成され、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０において、駆動電極２８とともに、本発明にいうセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜を構成する。セル３に充填される液体の性状等によっては、保護膜の代わりに防湿膜等であってもよく、又はそれらの多層膜でもよい。
【００８３】
尚、図示しないが、側壁６には駆動電極２８，２９より先に（下面に）バリア膜が形成されてもよい。勿論、そのバリア膜のうち、少なくともセル内面に形成されるバリア膜は、セル内面を全て覆うシームレスなバリア膜として形成されることが好ましい。そうすると、例えば、駆動電極２８，２９を形成した後に、例えば、その上に更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜の何れか一の単層膜又は二以上の多層膜が形成される場合に、圧電／電歪体１４及び駆動電極２８，２９が加熱されて電極膜の成分が圧電／電歪体の中へ拡散したり逆に圧電／電歪体の成分が電極膜へ拡散し得るが、そのような現象を排除出来、圧電／電歪特性の低下を防止することが可能である。
【００８４】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０において、板状の圧電／電歪体１４は、例えば駆動電極２８から駆動電極２９へ向けた方向（図６中において左右方向（横方向））に分極されている。そして、駆動電極２８側を正、駆動電極２９側を負にして駆動電極２８，２９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電／電歪体１４に電界誘起歪みが発現し、その電界誘起歪みの横効果による変位に基づき、圧電／電歪作動部４は、駆動電極２８，２９で挟まれる圧電／電歪体１４が図６中において概ね上下方向に（側壁６の高さ方向と同じ方向に）伸縮し、セル３の容積を変化させる。
【００８５】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０では、圧電／電歪体１１４の変位が電界誘起歪みを直接利用するものであるので、その変位の発生力が大きく応答速度も速い。
【００８６】
図７は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０は、２つの側壁６を構成する板状の圧電／電歪体１４が２層であり、その２層の圧電／電歪体１４は、それぞれ駆動電極２８，２９に挟まれて側壁６の幅方向（図７において横方向）に積層をされ圧電／電歪作動部２４を形成しているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０と異なるが、側壁６のセル内面及びセル外面において駆動電極２８，２９の上に、薄膜として保護膜１７７が形成されているところその他についてはセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ９０と共通する。
【００８７】
セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０では、側壁６の厚さ（幅）が同じセル駆動型圧電／電歪アクチュエータと比較すると、１層あたりの圧電／電歪体１４をより薄くすることが出来、一定の駆動電圧あたりに、より大きな変位量、より高い発生力を発現することが出来る。尚、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータでは、板状の圧電／電歪体を２層以上にすることも好ましく、圧電／電歪体の積層数を増やすことによって側壁の強度、剛性が向上し、より高速応答可能なアクチュエータとすることが出来る。圧電／電歪体の１層当たりの厚さは、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０乃至３０μｍとする。こうすると、よりアクチュエータの低駆動電圧化、高強度化、高集積化が可能である。又、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０は、図７に示される如く合板状の側壁６を有するものになるので、機械強度が向上し、耐久性が高められる。更に、セル内の露出する駆動電極２９を共通電極とする場合、板状の圧電／電歪体の層数を偶数とすることで、セル内外に露出する電極をどちらも共通電極とすることが出来、個別電極である駆動電極２８が露出しないことになるので、短絡等の電気的不具合を回避出来、アクチュエータの信頼性が向上し得る。
【００８８】
以上、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータについて説明したが、次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法について説明する。
【００８９】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法が対象とするものは、２つの側壁と、その２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータであり、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータに相当するものである。
【００９０】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法は、シームレスな薄膜を形成する工程に特徴があり、以下のようにその工程は行われる。先ず、２つの側壁、天井壁、及び底壁を含む壁部によりセルを形成する。このとき、壁部のうち少なくとも２つの側壁を圧電／電歪体で構成し、且つ、圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に微小孔を設ける。次いで、所定の成膜手段により、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行い、壁部のセル内面に薄膜を形成する。セルの中と外とを通じる微小孔が存在するものの、先に微小孔を除き密閉された空間であるセルを形成し、その後に、そのセルの中へ成膜材料の導入をするので、形成される薄膜は、セル内面の全てを覆うシームレスな膜となる。
【００９１】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法において、壁部によりセルを形成する手段は限定されない。好ましい方法としてはセラミックグリーンシート積層法を挙げることが出来る。そして、壁部を構成する側壁、天井壁、及び底壁を焼成一体化させる工程を採用することが好ましい。
【００９２】
以下、最初に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法のうちセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法について、その一例を掲げ具体的に説明する。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法の概略工程の一例を示す説明図である。作製対象は、図２に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０である。既に記したようにセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は、微小孔やダミーセル等を含むアクチュエータとしての全体構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１に準じた複数のセルを具備する構成であり、液体をセルから吐出するためのノズル乃至液体をセルへ入れるための導入孔として天井壁に備わる微小孔を利用し、インクジェットプリントヘッド等の液体吐出装置に適用可能なものである。
【００９３】
先ず、圧電／電歪材料を主成分とする所定枚数のセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシートは、従来知られた方法により作製出来る。例えば、圧電／電歪材料粉末を用意し、これにバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法等のグリーンシート成形法によって、セラミックグリーンシートを形成することが可能である。尚、本明細書において、セラミックグリーンシートを、単にグリーンシートとも記す。
【００９４】
得られたセラミックグリーンシートに対し、例えばパンチとダイによる打抜加工により、図１０（ａ）に示されるような、グリーンシート６０２，６１５，６１９を得る。グリーンシート６０２，６１９は各１枚でよく、グリーンシート６１５は複数枚用意する。グリーンシート６１５は、のちに側壁（圧電／電歪作動部）のうちの圧電／電歪体になるものであり、のちにセルを構成するスリット孔６０５と、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５と、のちに個別配線用のビアホールを構成する円孔６２８と、のちに共通配線用のビアホールを構成する円孔６２９とが形成されたグリーンシートである。グリーンシート６０２は、のちに底壁を構成するものであり、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５が形成されたグリーンシートである。グリーンシート６１９は、のちに天井壁を構成するものであり、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５と、のちにセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０の微小孔８（図１０（ｃ）参照）を構成する微円孔６０８とが形成されたグリーンシートである。尚、微円孔６０８は、その径が２００μｍ以下になるように加工される。又、各１枚作製するグリーンシート６０２とグリーンシート６１９については、圧電／電歪材料ではない別の材料を用いてもよい。
【００９５】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、複数枚のグリーンシート６１５の円孔６２８，６２９を導電性材料で埋めてビアホール１２８，１２９を形成するとともに、そのグリーンシート６１５の半々ずつに、ビアホール１２８に接続される導体膜（導電性材料を主成分とする膜）３１８、及びビアホール１２９に接続される導体膜３１９を形成して、それぞれ複数枚のグリーンシート６１４，６１６を得る。尚、導体膜は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ等の手段により所定のパターンで形成出来る。
【００９６】
グリーンシート６１４，６１６において、５つのスリット孔６０５はのちにセルを構成する孔であり、スリット孔６２５に対し相対的に大きく開けられる。６つのスリット孔６２５は、のちにセルとセルとの間の空間であるダミーセルを構成する孔であり、スリット孔６０５を挟むように配置される。スリット孔６０５とスリット孔６２５との間のグリーンシート実体部分が、のちに側壁を構成する。導体膜３１８は、その一部がのちに一の駆動電極になり、且つその一部が個別配線として用いられるものであり、導体膜３１９は、その一部がのちに他の駆動電極になり、且つその一部が共通配線として用いられるものである。導体膜３１８，３１９は、ともに、のちにセルを構成するスリット孔６０５を形成する面、及び、のちにダミーセルを構成するスリット孔６２５を形成する面に、それぞれ露出されるように設けられる。
【００９７】
次に、グリーンシート６０２を最下層、グリーンシート６１９を最上層として、それらの間に、セルを形成するために複数のグリーンシート６１４，６１６を交互に積層しつつ、グリーンシート６０２，６１４，６１６，６１９を圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得て、それを焼成一体化して焼成積層体を得る（図示しない）。この焼成積層体は、グリーンシート６１４，６１６のスリット孔６０５を連通させてなる５つのセルと、そのセルに通じる微小孔と、グリーンシート６０２，６１４，６１６，６１９のスリット孔６２５を連通させてなる６つのダミーセルと、を備えたものになっている。
【００９８】
次いで、焼成積層体に対して、所定の成膜手段を用いて、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料を導入し、セル内面の全ての面に保護膜を形成する。併せて、セル外面のうちダミーセルを形成する面にも保護膜を形成する。成膜手段は限定されない。尚、セル外面の保護膜のパターニングは、予めフォトレジストを塗布し露光することで行ってもよいし、セル外面の全ての面に成膜した後に不必要な部分を研削等の手法により切除してもよい。
【００９９】
そして、必要に応じて、外部配線接続、圧電／電歪体の分極処理等を行えば、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０が得られる（図１０（ｃ））。セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０において、ダミーセル１５と微小孔８は外観に現れるが、セルは内部に形成され露わになっていない。尚、得られたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０は複数のセルを具備するアクチュエータであるが、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータはセルが１つでもよく、そのようなセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、上記製造工程に従って、複数のセルを具備するアクチュエータを得た後に、加工により分断するか、又は、上記製造工程において、グリーンシート６１５のスリット孔６０５（のちにセルを構成するもの）を１つにして、グリーンシート６０２，６１５，６１９のスリット孔６２５（のちにセルを構成するもの）を２つにすることにより、作製することが出来る。
【０１００】
本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法において、最も好ましい成膜手段はＣＶＤ（化学気相成長）法である。又、成膜材料が気体である場合には、ＣＶＤ法の他に蒸着重合法を好ましい手段として採用出来る。蒸着重合法とは、基板上に、両末端に官能性を有する複数のモノマーを気相で蒸着、反応させ、高分子の薄膜を形成する方法であり、化学構造のみならず条件設定により、分子鎖が高度に配向、配列した有機薄膜を作製出来る。例えば、ポリイミド、ポリ尿素などが成膜可能な方法である。更に、成膜材料が液体である場合には、メッキ法、電気泳動法を、好ましい手段として採用出来る。上記した成膜手段を組み合わせて薄膜を形成することも好ましい。このような成膜手段により、上記工程にかかる保護膜の形成の他に、電極膜、バリア膜、絶縁膜、防湿膜の形成も行うことが可能である。
【０１０１】
以下、成膜手段のうち、先ずＣＶＤ法について説明する。例えば、絶縁膜として酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）膜を、バリア膜としては窒化チタン（ＴｉＮ）膜を、電極膜としては銅（Ｃｕ）膜を、それぞれ形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１０２】
これは、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０，１４０（図７，６，４参照）のように、セル内面に、壁部（圧電／電歪体）の表面から好ましくはバリア膜、電極膜、絶縁膜の順に成膜されているアクチュエータを製造する際の成膜手段に該当する。
【０１０３】
図１１は、ＣＶＤ法に使用されるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）成膜装置の概略の構成図である。ＣＶＤ法は、成膜を施す上記焼成積層体をリアクタ２０４に格納し、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料を導入し、セル内面の全ての面に保護膜を形成する。併せて、セル外面にも保護膜を形成する。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００では、キャリアガスとしてアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）が使用され、反応ガスとして酸素（Ｏ2）、アンモニア（ＮＨ3）が使用される。各薄膜用の原料は、各々ステンレス製容器に封入され、温度制御された別々のオーブン２０１，２０２，２０３に蓄えられる。リアクタ２０４は、石英製の２重管構造となっており、インナー管２０５は横型の構成である。基板２０６はヒーター２０９により加熱され、排気はロータリーポンプ２０７とターボ分子ポンプ２０８により行われる。
【０１０４】
各薄膜用の原料である成膜材料は、具体的には、オーブン２０１にはＴａ系材料が、オーブン２０２にはＴｉ系材料が、オーブン２０３にはＣｕ系材料が、それぞれ蓄えられている。オーブン２０１，２０２，２０３とリアクタ２０４とは独立した配管で接続されており、各薄膜用の原料は、それぞれの配管を経由し、インレット２１１，２１２，２１３によりリアクタ２０４へ、それぞれ導入される。
【０１０５】
（絶縁膜の形成）Ｔａ系材料としては、ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、１１５℃に加熱されたオーブン２０１内に装着されたＴａ系材料は、アルゴンガスにより搬送され、インレット２１１からリアクタ２０４へ導入される。反応ガスとしては酸素が使用される。成膜温度は４００℃、成膜圧力は２００Ｐａ、成膜時間は２時間である。このとき絶縁膜の厚さは例えば２μｍである。
【０１０６】
（バリア膜の形成）Ｔｉ系材料としては、テトラキスジエチルアミドチタニウム（ＴＤＥＡＴ Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4）が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、オーブン２０２に装着されたＴｉ系材料は、マスフローコントローラー２１４と、１００℃に加熱した気化器２１５とにより、リアクタ２０４へ供給される。キャリアガスとしてＮ2を、反応ガスとしてＮＨ3が使用される。成膜温度は３５０℃、成膜圧力は１０Ｐａ、成膜時間は５分である。このとき絶縁膜の厚さは例えば５０ｎｍである。尚、バリア膜として、ＴｉＮ膜以外に、窒化タンタル（ＴａＮ）膜、窒化ニオブ（ＮｂＮ）膜等を採用することが出来る。
【０１０７】
（電極膜の形成）Ｃｕ系材料としては、銅ヘキサフルオロアセチルアセテートトリメチルビニルシラン（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））が使用される。ＭＯＣＶＤ成膜装置２００において、オーブン２０３に装着されたＣｕ系材料は、マスフローコントローラー２１４と気化器２１５とにより、リアクタ２０４へ供給される。キャリアガスとしてはＡｒが用いられる。成膜温度は２１０℃、成膜圧力は２００Ｐａ、成膜時間は２０分である。このとき絶縁膜の厚さは例えば２μｍである。
【０１０８】
次に、成膜手段の電気泳動法について説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の一例を説明するための図である。この方法は、電気泳動法によって電極（例えば駆動電極）に成膜材料を堆積させた後に、熱処理を施してその成膜材料を流動化させ、その電極を含む面全体に成膜する方法である。尚、電気泳動法により電極に成膜材料の堆積を行った後に熱処理によってその成膜材料を流動化させる先行技術として特許文献２が挙げられる。
【０１０９】
この方法は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０（図２参照）のように、セル内面において、壁部（圧電／電歪体）の表面から駆動電極が露出していて、それを覆うための絶縁膜が成膜されているアクチュエータを製造する際の焼成積層体に対して行う成膜手段として利用される。但し、電気泳動法では、電極に堆積させる成膜材料の量を一定以上確保する必要があることから、成膜の対象である焼成積層体は、セル内面において電極が占める割合が高いものであることが望ましい。図８（ａ）は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、電気泳動法により成膜される焼成積層体の断面図であるが、この焼成積層体１８１は、図示されるように、天井壁７及び底壁２のセル内面に、駆動電極２８（電極膜）が形成され、セル内面において電極が占める割合が高くなっているところが、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０の如き態様とは異なるものである。尚、焼成積層体１８１では、複数の駆動電極２８はビアホールを介して導通しており、駆動電極２９も同様である。
【０１１０】
例えば、絶縁膜としてガラス膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。電気泳動法において、先ず、焼成積層体１８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液１８２に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電着電極１８４と参照電極１８５（プラチナ）と電源１８３とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図８（ｂ）参照）。そうすると、ガラス粉末１８６が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図８（ｃ）参照）。その後、ガラス粉末１８６が電着した焼成積層体１８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件（ガラス粉末の軟化点温度以上の温度）で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させて平らなガラス層を形成し、冷却して固体化させ、焼成積層体１８１にガラス絶縁膜１８７を形成する（図８（ｄ）参照）。得られるガラス絶縁膜１８７は、例えば２μｍ程度の厚さである。尚、図８（ｂ）において、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液１８２は、焼成積層体１８１の微小孔８を通じて、セル３の中へ導入される。
【０１１１】
ガラス粉末として、例えば、ビスマス−亜鉛−硼珪酸ガラス粉末が採用出来る。懸濁液を調製するに際しては、溶媒はイソプロピルアルコールを用いることが可能であり、溶質濃度は例えば１０質量％とし、分散剤をガラス粉末に対し２質量％添加するとよい。懸濁液は、ガラス粉末が均一に分散するように、マグネティックスターラーを用いて、よく攪拌することが好ましい。
【０１１２】
又、絶縁膜としてガラス以外の材料からなる膜を電気泳動法により形成することも可能である。ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の電着液を使用し、重合化のための熱処理を加えることにより。これら有機材料の被膜を形成することが出来る。
【０１１３】
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の他例を説明するための図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、成膜される焼成積層体の態様及び熱処理が２回行われるところが異なる。図１２（ａ）に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、電気泳動法により成膜される焼成積層体の断面図が示されるが、図８（ａ）の焼成積層体１８１とは異なり、図示される焼成積層体２８１は、天井壁７及び底壁２のセル内面に、駆動電極２８（電極膜）が形成されていない。
【０１１４】
上記した例と同様に、例えば、絶縁膜としてガラス膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。先ず、焼成積層体２８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液は焼成積層体２８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粉末１８６が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１２（ｂ）参照）。その後、ガラス粉末１８６が電着した焼成積層体２８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させる。このとき、例えば底壁２を重力方向に向けて配置し、一定時間放置すると、流動化したガラス粉末が移動して、底壁２のセル内面を含んで、平らなガラス層が形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体２８１の天井壁７のセル内面を除き、ガラス絶縁膜１８７が形成される（図１２（ｃ）参照）。そして、再び、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末１８６を流動化させる。このとき、今度は、天井壁７を重力方向に向けて配置し、一定時間放置すると、流動化したガラス粉末が移動して、天井壁７のセル内面を含んで、平らなガラス層が形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体２８１の全てのセル内面に、ガラス絶縁膜１８７が形成される（図１２（ｄ）参照）。尚、ガラス絶縁膜１８７は底壁２との間で反応層を形成するから、再び流動化させても、最初の熱処理及び冷却で底壁２のセル内面に形成されたガラス絶縁膜１８７が消失することはない。
【０１１５】
以上、電気泳動法による成膜工程を２例説明したが、その他に、上記２例と同様に、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液を焼成積層体の微小孔を通じてセルの中へ導入し、駆動電極が露出した部分及びその近傍に電着させた後に、焼成積層体を回転させ、生じた遠心力によって、流動化したガラス粉末を移動させ、全てのセル内面に平らなガラス層を形成することも可能である。そして、冷却して固体化させれば、焼成積層体の全てのセル内面に、ガラス絶縁膜を形成することが出来る。
【０１１６】
又、成膜手段として電気泳動法を用いる場合には、駆動電極が露出した部分に、電極の極性毎に、異なる成膜材料を堆積させた後に、熱処理によって、それら材料を混合し複合材料として、その複合材料でシームレスな薄膜を形成することが可能である。このような手段で薄膜を形成することにより、薄膜の熱膨張率を調整したり、各成膜材料の性質を併せ持った薄膜を形成することが出来、有用である。
【０１１７】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、異なる成膜材料を用い、それらの複合材料でシームレスな薄膜を形成する工程を示す説明図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、２種類の成膜材料を使用するところが異なる。例えば、絶縁膜としてシリカを分散させたガラス膜（複合膜）を形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１１８】
先ず、焼成積層体３８１を、ガラス粉末を分散させた懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるガラス粉末を含む懸濁液は焼成積層体３８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粉末２８５が電界に沿って移動し、駆動電極２８が露出した部分及びその近傍に電着する（図１４（ａ）参照）。
【０１１９】
次に、焼成積層体３８１を、シリカ粒子を混合した懸濁液に浸漬させ、駆動電極２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるシリカ粒子を含む懸濁液は焼成積層体３８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のシリカ粒子２８６が電界に沿って移動し、駆動電極２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１４（ａ）参照）。その後、ガラス粉末２８５及びシリカ粒子２８６が電着した焼成積層体３８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粉末２８５を流動化させ混合し複合材料にする。そして、その流動化している複合材料が移動して、平らな層として形成される。そして、冷却して固体化させると、焼成積層体３８１のセル内面に、複合膜２８７が形成される（図１４（ｂ）参照）。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）のＡ部分を拡大した図である。図示されるように、セル内面に形成された複合膜２８７は、ガラス膜２８８の中にシリカ２８９が分散した膜になっている。
【０１２０】
成膜手段として電気泳動法を用いる場合には、シームレスな薄膜と壁部（側壁、天井壁、底壁）との間に、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて、反応層を形成することが可能である。このような手段で反応層を形成することにより、薄膜と壁部との密着性を格段に強固にすることが出来、有用である。
【０１２１】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、成膜材料の成分と壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成する工程を示す説明図である。この成膜工程は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に準じた工程であるが、壁部を構成する材料の成分と反応して反応層を形成する成分を含むものを、成膜材料として選定するところに特徴がある。例えば、鉛（Ｐｂ）とシリコン（Ｓｉ）による反応層を形成する場合の条件について、以下に記載する。
【０１２２】
先ず、焼成積層体４８１の全ての壁部（側壁、天井壁、底壁を含む）を、鉛（Ｐｂ）が含まれるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）材料で構成しておく。そして、その焼成積層体４８１を、元素成分としてシリコンを含むガラス懸濁液に浸漬させ、駆動電極２８，２９と接続した電極と参照電極と電源とを接続し、例えば３０Ｖで５分間という条件で電圧を印加する（図は省略、図８（ｂ）に準じる）。そうすると、成膜材料であるシリコンを含むガラス懸濁液は焼成積層体４８１の微小孔８を通じてセル３の中へ導入され、懸濁液の中のガラス粒子３８５が電界に沿って移動し、駆動電極２８，２９が露出した部分及びその近傍に電着する（図１５（ａ）参照）。その後、ガラス粒子３８５が電着した焼成積層体４８１を乾燥させ、更に、例えば６００℃で１０分という条件で熱処理し、ガラス粒子３８５を流動化させて平らなガラス層を形成し、冷却して固体化させると、焼成積層体４８１のセル内面に、元素成分としてシリコンを含むガラス絶縁膜３８７が形成される（図１５（ｂ）参照）。図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）のＢ部分を拡大した図である。図示されるように、セル内面に形成されたシリコンを含むガラス絶縁膜３８７は、その一部が、自らに含まれるＳｉ（シリコン）と壁部に含まれるＰｂ（鉛）とが反応して形成された反応層３８８を構成する。
【０１２３】
ところで、成膜手段として電気泳動法を用い、熱処理を２回乃至それ以上行う場合には、熱処理にかかる温度、乃至、天井壁あるいは底壁を重力方向に向けて配置し放置する時間を調整すること等によって、ガラス粉末の流動度（流れ具合）を調節することが出来る。
【０１２４】
図１３は、ガラス粉末の流動度を小さくすることによって得られるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの態様を示す図であり、１つのセル及びそれを形成する壁部を表した断面図である。図示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０は、本発明に係る第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施態様であり、２つの側壁６と、それらを接続する天井壁７及び底壁７と、を含む壁部により形成された（複数の）セル３を具備し、上記２つの側壁６が圧電／電歪作動部で構成され、その圧電／電歪作動部の変位によってセル３の容積が変化するアクチュエータである。天井壁７には微小孔８が備わり、壁部のセル内面の一部分を覆うガラス絶縁膜１８７（薄膜）が形成されている。そのガラス絶縁膜１８７は、ガラス粉末の流動度を小さくした結果、天井壁７のセル内面及び底壁７のセル内面を全て覆っておらず、シームレスな薄膜になっていない。
【０１２５】
しかし、ガラス絶縁膜１８７は、側壁６と天井壁７、及び、側壁６と底壁２、の各々の接続部分近傍には形成されており、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０は、変位を生じる圧電作動部である側壁６と、変位を生じない固定部である天井壁７又は底壁２と、の接合の強化が図れる点で、好ましい態様になっている。圧電作動部である側壁６と、固定部である天井壁７乃至底壁２との接続部分は、アクチュエータの駆動時に最も応力がかかる部分だからである。この態様により、２つの側壁６とそれらを接続する天井壁７及び底壁７が焼成一体化されていなくても、一定の接合信頼性の向上が認められ得るが、勿論、それら壁部が焼成一体化されることで、更に接合信頼性が高められることはいうまでもない。更に、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ２３０を、セル３に液体が充填される液体吐出装置として用いた場合に、その液体の漏洩防止の観点からも重要な意味を有する。
【０１２６】
次に、成膜手段のメッキ法について説明する。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、メッキ法による成膜工程を説明するための図である。この方法は、例えば無電解メッキ法によって、金属イオンを含む電解溶液中に、焼成積層体を浸漬させ、化学反応によりその金属を還元し析出させて電極膜を形成する方法である。メッキ法は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０（図４参照）の如く、一対の駆動電極の端部がそれぞれ一方において圧電／電歪体内に埋設され他方において圧電／電歪体から露出しているアクチュエータを製造する際に、製造過程で得られる焼成積層体に対して、一の駆動電極とセル外面で接続され他の駆動電極とセル内面で接続される電極膜を形成する成膜手段として利用される。図９（ａ）は、セル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造過程において得られ、メッキ法により成膜される焼成積層体の断面図であるが、この焼成積層体１９１は、電極膜、絶縁膜を形成する前のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１４０に概ね等しい態様を表し、一対の駆動電極２８，２９の端部がそれぞれ一方において圧電／電歪体１１４内に埋設され他方において圧電／電歪体１１４から露出しているものである。
【０１２７】
例えば、電極膜としてニッケル膜を形成する場合の条件について、以下に記載する。メッキ法では、メッキを行う前に前処理を施す。前処理は、先ず、成膜の対象である焼成積層体１９１に付着している主に油脂性の汚れを除去するために脱脂処理を行う。焼成積層体１９１を、例えば脱脂溶液を投入した５０℃の超音波浴に５分間浸漬させることで脱脂処理出来る。次に、焼成積層体１９１を、例えば２５℃のホウフッ酸溶液に５分間浸漬させて、表面のエッチング処理を行う。そして、焼成積層体１９１を、例えば２５℃の希硫酸溶液に１分間浸漬させて、酸中和処理を行い、その後、センシタイザー・アクチュベータ法によりパラジウム核付け処理（２５℃、各５分）を行う。
【０１２８】
以上の前処理が施された焼成積層体１９１について、例えば無電解ニッケルメッキ法にて、電極膜を形成する。無電解ニッケルメッキ法では、例えば、ニッケル塩、錯化剤、還元剤等を含みｐＨ調整されたメッキ液１９２を用意し、これを４０℃に加熱し、焼成積層体１９１を、超音波を併用して、そのメッキ液１９２中に１２０分間浸漬する（図９（ｂ）参照）。その後、純水洗浄する。以上の処理により、焼成積層体１９１の所望の表面に、例えば厚さが２μｍのニッケル膜１９７を形成することが出来る（図９（ｃ）参照）。ニッケル膜１９７は、一対の駆動電極に相当する電極膜であり、本発明にいう薄膜である。
【０１２９】
続いて、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法について説明する。本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第２の製造方法は、第１の製造方法にも共通してシームレスな薄膜を形成する工程に特徴があり、第２の製造方法では、その薄膜を形成する前に、アクチュエータとして駆動可能な状態にしておき、側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させ、換言すれば、圧電／電歪作動部の一対の駆動電極間に電圧をかけ側壁を伸縮させて、セルの容積を変化させ、微小孔を通じてセルの中へ成膜材料の導入を行う工程を行うところが、第１の製造方法と異なる。このように、セル内面に薄膜を形成するにあたり、対象となるアクチュエータを駆動させながら行うと、成膜材料を導入する微小孔が極小さく、それに対し液体の表面張力が大きく、セル内に成膜材料を導入することが容易でない場合に、成膜を容易にすることが可能である。又、セル内での化学反応により発生したガスをセル外に排出することが出来る観点からも、好適な手段であるといえる。化学反応を用いた成膜手段の場合、副生成物として発生する気体を除去し、反応速度を維持することが高品質な薄膜を製造する際に重要な因子となるからである。尚、このとき、具体的な成膜手段としては成膜材料として液体を用いるメッキ法、電気泳動法、陽極酸化法を採用出来る。
【０１３０】
上記の特有な工程以外は限定されず、上記した本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法に準じた工程で構成することが可能である。第２の製造方法では、薄膜の形成前にアクチュエータを駆動するので、薄膜が、例えばセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ８０，９０，１４０（図７，６，４参照）における電極膜にあたる場合には適用出来ないが、薄膜の形成前にアクチュエータを駆動することが出来る限りにおいて、態様を問わず何れのセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを作製する手段として利用することが可能である。
【０１３１】
第２の製造方法は、具体的には、先ず、第１の製造方法に従って、セラミックグリーンシート積層法により焼成積層体を得る。この第１の製造方法に従う焼成積層体を得る工程は、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して既に説明した工程であり、作製対象をセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ１１０（図２参照）とする製造方法を指す。そして、得られた焼成積層体に対し、必要に応じ圧電／電歪体の分極処理を行う。この焼成積層体は、内部に、駆動電極、共通配線、及び個別配線になる導体膜３１８，３１９が積層され、ビアホール１２８，１２９により導通させているから（図１０（ｂ）参照）、ビアホール１２８とビアホール１２９との間に仮の外部配線等で電源を接続すれば、駆動可能なものである。そして、その焼成積層体を駆動させ側壁を伸縮させて、セルの容積を変化させれば、セル内の圧力変化によって、微小孔８（図１０（ｃ）参照）を通じてセルの中へ成膜材料を導入することが出来、セル内面にシームレスな薄膜を形成することが可能である。
【０１３２】
以上、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法について説明したが、次に、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ及び本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法に用いられる材料について説明する。
【０１３３】
先ず、圧電／電歪体の材料（圧電／電歪材料）について説明する。圧電／電歪材料は、圧電効果若しくは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。具体的には、好ましい材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。
【０１３４】
又、これらの材料には、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。更に、上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物に、ビスマス酸リチウム乃至ゲルマン酸鉛を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましい。尚、圧電材料の低温焼成化は、ガラス（例えば珪酸塩ガラス、硼酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ゲルマン酸鉛ガラス、又はそれらの混合物）の添加によっても実現させることが出来る。但し、過剰な添加は、材料特性の劣化を招くため、要求特性に応じて添加量を決めることが望ましい。
【０１３５】
次に、電極の材料としては、導電性の金属及び酸化物が採用される。例えば、電極の材料としては一般には、室温で固体であって、導電性の金属が採用され、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電／電歪材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電／電歪材料の種類に応じて選択することが好ましい。酸化物電極としては酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化ルテニウムを使用することが出来る。尚、ここでいう電極とは、主に電極膜、駆動電極等として表現されるものを指し、電極の材料は、製造方法の説明においてのちに電極になる導体膜を構成する材料にあたる。又、ビアホールや、必要な電極端子、配線等を構成する材料も、上記電極の材料に準じた材料を採用出来る。
【０１３６】
保護膜の材料としては、上記したビスマス−亜鉛−硼珪酸ガラスの他に、二酸化珪素、窒化珪素、硼酸−燐酸−珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）、燐酸−珪酸ガラス（ＰＳＧ）等が用いられる。絶縁膜の材料としては、上記した酸化タンタルの他に、酸化アルミナ、酸化チタン等が用いられ、防湿膜の材料としては、二酸化珪素、窒化珪素等が用いられる。バリア膜の材料としては、上記した窒化チタンの他に、窒化タンタル、窒化ニオブ等が用いられる。
【０１３７】
ＣＶＤ法により成膜可能な有機材料としてはパリレン樹脂がある。パリレン樹脂は常温で成膜可能であり、絶縁性、耐薬品性、撥水性に優れた材料であることから、本発明にかかる絶縁膜、保護膜、耐湿膜としての機能を併せ持つ好適な材料である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明に係る第１及び第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータは、印刷機器のインクジェットプリントヘッドとして適用される他に、マイクロポンプ、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や半導体製造用のコーティング工程において用いられる微小液体吐出装置、あるいは医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置等のアクチュエータとして、好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを切断線で切断した場合の断面図である。
【図２】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図３】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図４】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図５】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図６】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図７】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、メッキ法による成膜工程の説明図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係るセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの第１の製造方法の概略工程の一例を示す説明図である。
【図１１】成膜手段のＣＶＤ法に使用されるＭＯＣＶＤ成膜装置の概略構成図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１３】本発明に係る第２のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セルの断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、電気泳動法による成膜工程の説明図である。
【図１６】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【図１７】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【図１８】本発明に係る第１のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの一実施形態を示す図であり、セル及びそれを形成する壁部のみを示しセルを透視して表した斜視図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１，８０，９０，１１０，１２０，１４０，２３０…セル駆動型圧電／電歪アクチュエータ、２…底壁、３…セル、４，２４，３４，４４，５４，６４…圧電／電歪作動部、５…（短手方向の）側壁、６…側壁、７…天井壁、８…微小孔、１４，１１４…圧電／電歪体、１７…薄膜、１８，１９…電極膜、２８，２９…駆動電極、５５…壁部構成要素、１００…切断線、１１７…絶縁膜、１２８，１２９…ビアホール、１７７…保護膜、１８１…焼成積層体、１８２…懸濁液、１８３…電源、１８４…電着電極、１８５…参照電極、１８６…ガラス粉末、１８７…ガラス絶縁膜、１９１…焼成積層体、１９２…メッキ液、１９７…ニッケル膜、２００…ＭＯＣＶＤ成膜装置、２０１，２０２，２０３…オーブン、２０４…リアクタ、２０５…インナー管、２０６…基板、２０７…ロータリーポンプ、２０８…ターボ分子ポンプ、２０９…ヒーター、２１１，２１２，２１３…インレット、２１４…マスフローコントローラー、２１５…気化器、２８１…焼成積層体、２８５…ガラス粉末、２８６…シリカ粒子、２８７…複合膜、２８８…ガラス膜、２８９…シリカ、３１８，３１９…導体膜、３８１…焼成積層体、３８５…ガラス粒子、３８７…ガラス絶縁膜、３８８…反応層、４８１…焼成積層体、６０２，６１４，６１５，６１６，６１９…セラミックグリーンシート、６０５，６２５…スリット孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化するアクチュエータであって、
前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜、電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一の単層膜又は二以上の多層膜で構成される請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜と電極膜とを含む多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくともバリア膜、電極膜の順に成膜されている請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、少なくとも電極膜を含み、更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一以上の膜を含む、二以上の多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくとも電極膜、絶縁膜の順、少なくとも電極膜、保護膜の順、少なくとも電極膜、防湿膜の順、の何れかによって成膜されている請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記電極膜を含む場合において、前記電極膜が金属又は酸化物で形成される請求項２〜４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記バリア膜を含む場合において、前記バリア膜が酸化物又は窒化物で形成される請求項２又は３に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記絶縁膜、保護膜、及び防湿膜を含む場合において、前記絶縁膜、保護膜、及び防湿膜が、酸化物、窒化物、又は炭化物で形成される請求項２又は４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項８】
前記シームレスな薄膜と前記壁部との間に、前記薄膜を構成する材料の成分と前記壁部を構成する材料の成分との反応に基づく反応層が形成されている請求項１〜７の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項９】
前記２つの側壁、天井壁及び底壁を含む壁部が、焼成一体化されている請求項１〜８の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１０】
前記２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、前記側壁の高さ方向に交互に積層をされた層状の圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの縦効果により前記変位を発生する請求項１〜９の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１１】
前記２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、前記側壁の幅方向に交互に積層をされた板状の前記圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの横効果により前記変位を発生する請求項１〜９の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置。
【請求項１３】
前記セルが液体加圧室を構成し、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化して、前記セルに充填された、粒子が含まれる液体を、吐出させ得る液体吐出装置であって、
前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜のうち、セル内面に対面する最外層の表面電位が、前記液体に含まれる粒子の表面電位と同じ極性である請求項１２に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、
前記壁部のうち少なくとも前記２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成し且つ前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に前記微小孔を設け、前記セルを形成した後に、
所定の成膜手段により、前記微小孔を通じて前記セルの中へ成膜材料の導入を行い、前記壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１５】
前記成膜材料が、気体である請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１６】
成膜手段が、ＣＶＤ法、蒸着重合法のうちの何れかである請求項１５に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１７】
前記成膜材料が、液体である請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
成膜手段が、メッキ法である請求項１７に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１９】
前記セルを形成する際に、前記壁部のセル内面に電極を露出させ、
成膜手段として電気泳動法を用いて、前記微小孔を通じて前記セルの中へ液体の成膜材料の導入を行い少なくとも前記電極へ堆積させた後に、
前記成膜材料の軟化点温度以上の温度で熱処理を行う工程を有する請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２０】
前記熱処理が、２回以上行われる請求項１９に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２１】
前記成膜材料が２種以上であり、前記熱処理によってその２種以上の成膜材料を混合して複合材料を得て、その複合材料により前記シームレスな薄膜を形成する請求項１９又は２０に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２２】
前記シームレスな薄膜と前記壁部との間に、前記成膜材料の成分と前記壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成する請求項１９〜２１の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２３】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、
前記壁部のうち少なくとも前記２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成し且つ前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に前記微小孔を設け、前記セルを形成し、アクチュエータとして駆動可能とした後に、
前記側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させセルの容積を変化させながら、所定の成膜手段により、前記微小孔を通じて前記セルの中へ成膜材料の導入を行い、前記壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２４】
前記微小孔の径が、２００μｍ以下である請求項１２〜２３の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２５】
前記セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁及び底壁を作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる請求項１２〜２４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２６】
前記セルを形成する壁部のうち２つの側壁、底壁、及び天井壁の全てを作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる請求項１２〜２４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２７】
アクチュエータが液体吐出装置に用いられる場合において、前記微小孔が液体を吐出するノズルを兼ねる請求項１２〜２６の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２８】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化するアクチュエータであって、
前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上の微小孔が備わるとともに、
前記２つの側壁のセル内面、及び、前記２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続部分のセル内面、を覆う１層以上の薄膜が形成されていることにより、前記２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続信頼性を向上させたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化するアクチュエータであって、
前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜、電極膜、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一の単層膜又は二以上の多層膜で構成される請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、バリア膜と電極膜とを含む多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくともバリア膜、電極膜の順に成膜されている請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記１層以上のシームレスな薄膜が、少なくとも電極膜を含み、更に、絶縁膜、保護膜、防湿膜からなる膜群から選ばれる一以上の膜を含む、二以上の多層膜で構成され、前記壁部の表面から、少なくとも電極膜、絶縁膜の順、少なくとも電極膜、保護膜の順、少なくとも電極膜、防湿膜の順、の何れかによって成膜されている請求項１に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記電極膜を含む場合において、前記電極膜が金属又は酸化物で形成される請求項２〜４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記バリア膜を含む場合において、前記バリア膜が酸化物又は窒化物で形成される請求項２又は３に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記１層以上のシームレスな薄膜が前記絶縁膜、保護膜、及び防湿膜を含む場合において、前記絶縁膜、保護膜、及び防湿膜が、酸化物、窒化物、又は炭化物で形成される請求項２又は４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項８】
前記シームレスな薄膜と前記壁部との間に、前記薄膜を構成する材料の成分と前記壁部を構成する材料の成分との反応に基づく反応層が形成されている請求項１〜７の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項９】
前記２つの側壁、天井壁及び底壁を含む壁部が、焼成一体化されている請求項１〜８の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１０】
前記２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、前記側壁の高さ方向に交互に積層をされた層状の圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの縦効果により前記変位を発生する請求項１〜９の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１１】
前記２つの側壁を構成する圧電／電歪作動部が、前記側壁の幅方向に交互に積層をされた板状の前記圧電／電歪体及び少なくとも一対の駆動電極を有し、電界誘起歪みの横効果により前記変位を発生する請求項１〜９の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータを用いた液体吐出装置。
【請求項１３】
前記セルが液体加圧室を構成し、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化して、前記セルに充填された、粒子が含まれる液体を、吐出させ得る液体吐出装置であって、
前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜のうち、セル内面に対面する最外層の表面電位が、前記液体に含まれる粒子の表面電位と同じ極性である請求項１２に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、
前記壁部のうち少なくとも前記２つの側壁を圧電／電歪体を含んで構成し且つ前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に前記微小孔を設け、前記セルを形成した後に、
所定の成膜手段により、前記微小孔を通じて前記セルの中へ成膜材料の導入を行い、前記壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１５】
前記成膜材料が、気体である請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１６】
成膜手段が、ＣＶＤ法、蒸着重合法のうちの何れかである請求項１５に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１７】
前記成膜材料が、液体である請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
成膜手段が、メッキ法である請求項１７に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項１９】
前記セルを形成する際に、前記壁部のセル内面に電極を露出させ、
成膜手段として電気泳動法を用いて、前記微小孔を通じて前記セルの中へ液体の成膜材料の導入を行い少なくとも前記電極へ堆積させた後に、
前記成膜材料の軟化点温度以上の温度で熱処理を行う工程を有する請求項１４に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２０】
前記熱処理が、２回以上行われる請求項１９に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２１】
前記成膜材料が２種以上であり、前記熱処理によってその２種以上の成膜材料を混合して複合材料を得て、その複合材料により前記シームレスな薄膜を形成する請求項１９又は２０に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２２】
前記シームレスな薄膜と前記壁部との間に、前記成膜材料の成分と前記壁部を構成する材料の成分とを反応させて反応層を形成する請求項１９〜２１の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２３】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に、１つ以上の微小孔が備わるとともに、前記壁部のセル内面を全て覆う１層以上のシームレスな薄膜が形成されているアクチュエータを製造する方法であって、
前記壁部のうち少なくとも前記２つの側壁を圧電／電歪作動部で構成し且つ前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に前記微小孔を設け、前記セルを形成し、アクチュエータとして駆動可能とした後に、
前記側壁を構成する圧電／電歪作動部を駆動させセルの容積を変化させながら、所定の成膜手段により、前記微小孔を通じて前記セルの中へ成膜材料の導入を行い、前記壁部のセル内面に、その全てを覆うシームレスな薄膜を形成する工程を有するセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２４】
前記微小孔の径が、２００μｍ以下である請求項１２〜２３の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２５】
前記セルを形成する壁部のうち少なくとも２つの側壁及び底壁を作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる請求項１２〜２４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２６】
前記セルを形成する壁部のうち２つの側壁、底壁、及び天井壁の全てを作製するにあたり、圧電／電歪材料を主成分とする複数のセラミックグリーンシートを孔加工し、積層し、焼成一体化する工程を有するグリーンシート積層法を用いる請求項１２〜２４の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２７】
アクチュエータが液体吐出装置に用いられる場合において、前記微小孔が液体を吐出するノズルを兼ねる請求項１２〜２６の何れか一項に記載のセル駆動型圧電／電歪アクチュエータの製造方法。
【請求項２８】
２つの側壁と、前記２つの側壁を接続する天井壁及び底壁と、を含む壁部により形成された１又は複数のセルを具備し、少なくとも前記２つの側壁が圧電／電歪作動部で構成され、前記圧電／電歪作動部の変位によって前記セルの容積が変化するアクチュエータであって、
前記圧電／電歪作動部で構成される２つの側壁を除く壁部に１つ以上の微小孔が備わるとともに、
前記２つの側壁のセル内面、及び、前記２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続部分のセル内面、を覆う１層以上の薄膜が形成されていることにより、前記２つの側壁と天井壁及び底壁との各々の接続信頼性を向上させたセル駆動型圧電／電歪アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−１３４１１（Ｐ２００６−１３４１１Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４９７９８（Ｐ２００４−２４９７９８）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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